Коротко о типах лазеров

Тема в разделе 'Статьи и книги', создана пользователем svic, 27 ноя 2009.

  1. svic

    svic Пользователь

    Лазер известен всем. Состоит из рабочего тела, в котором при выстреле создается инверсная населенность квантовых уровней электронами, резонатора для увеличения пробега фотонов внутри рабочего тела и генератора, который эту самую инверсную населённость будет создавать. В принципе, инверсную населённость можно создать в любом веществе и в наше время проще сказать, из чего НЕ делают лазеры. Лазеры могут классифицироваться по рабочему телу: рубиновые, СО2, аргоновые, гелий-неоновые, твердотельные (GaAs), спиртовые, и т.д., по режиму работы: импульсные, непрерывные, псевдонепрерывные, могут классифицироваться по количеству используемых квантовых уровней: 3х уровневый, 4х уровневый, 5и уровневые. Так же лазеры классифицируют по частоте генерируемого излучения - микроволновые, инфракрасные, зеленые, ультрафиолетовые, рентгеновские, и т.д. КПД лазера обычно не превышает 0,5%, однако сейчас ситуация изменилась – полупроводниковые лазеры (твердотельные лазеры на основе GaAs) имеют КПД свыше 30% и в наши дни могут обладать мощностью выходного излучения аж до 100(!) Вт, т.е. сравнимую с мощными "классическими" рубиновыми или СО2 лазерами. Кроме того, существуют газодинамические лазеры, менее всего похожие на другие типы лазеров. Их отличие в том, что они способны производить непрерывный луч огромной мощности, что позволяет использовать их для военных целей. В сущности, газодинамический лазер представляет собой реактивный двигатель, перпендикулярно газовому потоку в котором стоит резонатор. Раскаленный газ, выходящий из сопла, находится в состоянии инверсной населённости. Стоит добавить к нему резонатор – и многомеговаттный поток фотонов полетит в пространство.
     
  2. vlad46

    vlad46 Новичок

    Пост на троечку. Учебник видимо в метро читали.
    Действие лазеров основывается на 3 принципх:
    1. Вынужденное излучение - вероятность переходов сежду энергетическими переходами ( не только между электронными уровнями, например в углекислотных - колебательные и вращательные уровни молекул) пропорциональна плотности потока резонансных фотонов.
    2. Инверсная населенность - хотя бы для пары уровней населенность верхнего уровня должна превышать населенность нижнего, чтобы вынужденное излучение превышало вынужденное поглощение. Процесс создания населенности называют накачкой.
    3. Обратная связь - позволяющая превратить квантовый усилитель в генератор. Именно для этого служит резонатор.
    "Так же лазеры классифицируют по частоте генерируемого излучения - микроволновые, инфракрасные, зеленые, ультрафиолетовые, рентгеновские, и т.д."
    Тут зеленое с соленым и в неполном ассортименте. Реально микроволновые - это мазеры. "Зеленые" надо заменить на "видимого диапазона", иначе, например, красные выпадут.
     
  3. Artemka

    Artemka Администратор Staff Member

    А кто может ярко, с картинками, написать эту статью для людей ничего не понимающих в лазерах? Добавлю на сайт с вашим авторством.
     
  4. vlad46

    vlad46 Новичок

    "В сущности, газодинамический лазер представляет собой реактивный двигатель, перпендикулярно газовому потоку в котором стоит резонатор. Раскаленный газ, выходящий из сопла, находится в состоянии инверсной населённости. Стоит добавить к нему резонатор – и многомеговаттный поток фотонов полетит в пространство".
    Ну, почитайте учебник! Раскаленный газ в камере сгорания, в сопле охлаждается, при этом создается инверсная населенность, именно за счет быстрого охлаждения в сопле.
    ."КПД лазера обычно не превышает 0,5%, однако сейчас ситуация изменилась – полупроводниковые лазеры (твердотельные лазеры на основе GaAs) имеют КПД свыше 30% и в наши дни могут обладать мощностью выходного излучения аж до 100(!) Вт, т.е. сравнимую с мощными "классическими" рубиновыми или СО2 лазерами".
    0,5% - это на заре лазеров. Полупроводниковые модули сегодня на уровне 5кВт, А волоконные лазеры от "ИРЭ-Полюс" - до 50 кВт в непрерывном режиме при КПД около 30%!
     
  5. GELLIOS

    GELLIOS Пользователь

    На самом деле в инете уже есть все.
    Вот например:
     

    Вложения:

    • pimg_85_51.gif
      pimg_85_51.gif
      Размер файла:
      3,5 КБ
      Просмотров:
      2.161
    • pimg_86_51-1.gif
      pimg_86_51-1.gif
      Размер файла:
      2,1 КБ
      Просмотров:
      2.019
    • pimg_87_51.gif
      pimg_87_51.gif
      Размер файла:
      6 КБ
      Просмотров:
      2.308
  6. GELLIOS

    GELLIOS Пользователь

    Вот статья из науки и жизнь.


     

    Вложения:

    • 1.jpg
      1.jpg
      Размер файла:
      5,7 КБ
      Просмотров:
      1.971
    • 2.jpg
      2.jpg
      Размер файла:
      5,4 КБ
      Просмотров:
      1.922
    • 3.jpg
      3.jpg
      Размер файла:
      5,8 КБ
      Просмотров:
      2.029
    • 4.jpg
      4.jpg
      Размер файла:
      6,4 КБ
      Просмотров:
      2.028
  7. straus

    straus Пользователь

    Добавлю:
    Газовые лазеры бывают на нейтральных атомах (атомарные, пример - гелий-неоновый), ионные (аргоновый), молекулярные (углекислотный).
     
  8. vlad46

    vlad46 Новичок

    Уже лучше, юноша! Только добавим еще эксимерные.
     
  9. vlad46

    vlad46 Новичок

    "Этот вариант работы лазера именуется режимом модуляции добротности или "гигантского импульса" (4)."
    Точнее - это один из видов модуляции доьротности. Правильно было бы его назвать режимом накопления инверсной населенности. Но ведь можно копить интенсивность излучения, в этом случае получим "режим разгрузки резонатора". Но и это не все. Ведь синхронизация мод (получение сверхкоротких импульсов) есть не что иное, как модуляция добротности с частотой, равной величинемежмодового интервара, с/2L, где L- длина резонатора.
     
  10. GELLIOS

    GELLIOS Пользователь

     

    Вложения:

    • laser02.gif
      laser02.gif
      Размер файла:
      2,1 КБ
      Просмотров:
      1.645
    • laser03.gif
      laser03.gif
      Размер файла:
      3,1 КБ
      Просмотров:
      1.987
    • 1760.jpg
      1760.jpg
      Размер файла:
      5,9 КБ
      Просмотров:
      1.738
    • 1761.jpg
      1761.jpg
      Размер файла:
      18,6 КБ
      Просмотров:
      1.728
  11. vlad46

    vlad46 Новичок

    "К молекулярным относятся так называемые эксимерные лазеры, у которых рабочей средой является инертный газ (аргон, ксенон, криптон и др.), либо его соединение с хлором или фтором. В таких лазерах накачка осуществляется не электрическим разрядом, а потоком так называемых быстрых электронов (с энергией в сотни кэВ). Излучаемая волна получается наиболее короткой, например, у лазера на аргоне 0,126 мкм."
    Некорректно:

    1. Говорить о молекулах инертного газа? Так они же - атомы.
    2. Накачка в практических эксимерных лазерах осуществляется таки ж электрическим разрядом.
    На самом деле там все интересно - за счет накачки создаются молекулы, существующие только в возбужденном состоянии. Потеряв возбуждение они разваливаются - мечта лазерщика - нижний уровень всегда пустой!
     
  12. GELLIOS

    GELLIOS Пользователь

    Ну тут как раз уже все давно определено. И существует понятие одноатомной молекулы(инертные газы) в данном случае понятие молекулы и атома совпадают. А как называть эт уже дело личное. И то и то правильно.
     
  13. vlad46

    vlad46 Новичок

    Именно поэтому я говорю не о неправильности, а о некорректности.
    Иначе, почему, в приведенной Вами классификации гелий-неоновые лазеры относятся к лазерам на атомных переходах? Можно же сказать, на одноатомных молекулах. Но лазерный эффект осуществляется именно между энергетическими состояниями атомов!
    Особенность молекулярных лазеров - углекислотников, на угарном газе именно в том, что в них используются молекулярные уровни - вращательные и колебательные, коих у одноатомных молекул быть в принципе не может.
    Эксимеры же выпадают из молекуляных потому, что после акта испускания фотона образовавшаяся при возбуждении молекула разваливается,
    Любая классификация служит задаче понимания происходящих физических процессов, иначе зачем она? Пустая формализация.
     
  14. vlad46

    vlad46 Новичок

    "Он может давать мощность до 10 кВт и имеет довольно высокий КПД - около 40%. К основному углекислому газу обычно ещё добавляют примеси азота, гелия и других газов."
    Насчет 40% - художественный свист. И добавляют не обычно, а обязательно, поскольку добавки решают две задачи:
    1. Азот - основной энергетический резервуар, поскольку имеет единственный уровень, гезонансный верхнему лазерному уровню углекислого газа. В чистом углекислом газе возбуждение делится на большом числе уровней.
    2. Вода или гелий необходимы для опустошения нижних лазерных уровней, которое в чистом углекислом газе недостаточно для создания инверсной населенности.

    Вообще говоря, приведенные материалы некачественные - содержат массу смысловых дыр. Школьникам еще приемлемы. Студентам и специалистам опасны.
     
  15. GELLIOS

    GELLIOS Пользователь

    vlad46
    Улавливаете? А?
    Про спецов и речи не шло.
    А статьи взяты из инета. :D
    И коль уж такой богатый теоретический опыт, написалиб что доступное, соответствующее просьбе Артемки.
    И Ваши так сказать уточнения и нюансы по поводу например добавок, должны или обычно добовляют, ни чего существенного не имеют для новичка.
    Если заинтересуется, вникнет, сам найдет.
    Я уверен на все 100 что Вы тоже пользуетесь поверхностными знаниями в каких-то областях. И жить оно вам не мешает.
    Для того чтоб приготовить утром кофе не обязательно знать все о кофе-машине, включая физику,электронику ну и т.д. :)
     
  16. svic

    svic Пользователь

    2vlad46. Насчет некорректности согласен, поскольку сам профессионального отношения к лазерам не имею и все сведения почерпнул из популярной литературы - грешен, мог и приврать! Но есть некоторые недовыясненые моменты, если что - поправте:
    Прохоров и Басов занимались разработкой мазера - квантового усилителя, который возбудился в связи возрастанием внутренней ПОС выше единицы. Назвали лазером. По этой причине я до сих пор считаю мазер усилителем, а не генератором. Далее. Так ли уж резонатор является неотъемлемой частью устройства? Я имею ввиду азотный лазер, или там какая-то специфическая физика?
    Буду рад любым разъяснениям!
     
  17. мирон

    мирон Пользователь

    "По этой причине я до сих пор считаю мазер усилителем, а не генератором. Далее. Так ли уж резонатор является неотъемлемой частью устройства? Я имею ввиду азотный лазер, или там какая-то специфическая физика? "

    m-microwave, а l-light amplification. Т.е. мазер - микроволновое, а лазер - оптическое устройство. Вообще-то разница, IMHO, есть. Инверсия всё же обеспечивается принципиально различными способами. Да и тип резонатора тоже разный. Объёмный в первом случае и открытый - во втором. Если есть ПОС/ резонатор, то будет генератор. Иначе - усилитель в обоих случаях. Да, я знаю, что такое регенеративный усилитель, и прошу к терминологии не придираться.
    Азотный лазер, как и все лазеры на самоограниченных переходах, является недолазером. И что бы там не говорили адепты данного направления, ввиду своей ограниченности такие системы имеют ограниченное применение.
     
  18. Ainar

    Ainar Пользователь

    Здравствуйте, у меня после прочтения данной темы появился вопрос:

    получается, что усиление света заключается в том, что возбуждённые светом лампы атомы, способны, после столкновения с квантами света которые имеют энергию разности двух крайних энергоуровней данного атома, породить ещё один квант света без поглощения предыдущего. То есть, если говорить очень упрощённо, помимо порции энергии от излучения лампы, мы пполучаем ещё порцию "нового" излучения.

    В итоге, можно ли судить, что вначале кванты лампы поглощаются атомами, те становятся возбуждёнными, переходят на новый уровень, а затем, при новых столкновениях опять-таки с фотонами лампы они уже дают вынужденное излучение, переходя на более низкий уровень.

    И можно ли говорить, что формула hv2 = E1 - E0 - это формула той порции излучения, которую мы получили "сверху". То есть в итоге, уже к преобразованному свету лампы прибавляется ещё порция дополнительного излучения. И в итоге суммарная энергии есть лампа + вынужденное?
     
  19. suslox

    suslox Пушистикс Staff Member

    нет....а иначе было бы что например на 100дж накачки мы получали бы больше на выходе...невыполнение закона сохранения энергии = вечный двигатель :p
    но так не происходит - в итоге в вынужденное (лазерное) излучение уходит максимум несколько дж энергии ;)
     
  20. Ainar

    Ainar Пользователь

    Тогда, получается, невыполняется условие по поводу создания инверсной населённости. Получается, что поглощённое излучение, будет всегда больше выходного.

    И ещё. Я мог бы принять это, если процесс энергообмена проходит пофазово:

    сначала мы накачиваем, атомы возбуждаются. => тратим энергию
    затем они переходят на новый уровень, и уже при столкновении с атомами по-прежнему длящегося импульса (=> по-прежнему тратим энергию) лампы выделяют кванты света. То есть тогда мы получим, что энергия приложения всегда больше получаемой. и при том же выполняется условия инверсной населённости.

    Я тогда не понимаю в чём заклчюается усиление света, если всё равно показатель выходного излучения, даже после "усиления" ниже, чем свет лампы?

    Или тут фишка именно в когерентности излучения, которое мы получаем?
     

Поделиться этой страницей