Лазер сәулесінің қасиеттері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 25 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Х.Досмұхамедов атындағы Атырау мемлекеттік университеті
Физика,математика және ақпараттық технологиялар факультеті
Физика және техникалық пәндер кафедрасы

Курстық жұмыс

Тақырыбы: "Физика бойынша демонстрациялық тәжірибелерде лазер мен лазерлік көрсеткішті қолдану мүмкіндіктерін зерттеу

Дайындаған:Теміртас Наргиз
Физика-304

Атырау-2020
Мазмұны

Кіріспе
1. Лазерлердің жұмыс істеу принципі
2. Лазерлік сәуле шығару қасиеттері
3.Лазерлердің сипаттамасы мен жіктелуі
3.1.Газ лазерлері
3.2.Сұйық лазерлер
3.2.1.Бояғыштардағы лазерлер
3.3.Жартылай өткізгіш лазерлер
3.4. Рубин лазері
4. Лазерлерді қолдану
4.1 Лазерлердің медицинада қолданылуы
4.1.1. Лазерлік хирургия
4.1.2. Лазерлік стоматология
4.2 Лазерлердің техникада және ғылымда қолданылуы
4.2.1. Лазерлер геодезияда
4.2.2.Лазерлік гироскопия
4.2.3. Лазерлік спектроскопия
4.2.4. Лазерлік телевизия
4.2.5.Лазерлер - байланыс саласында
4.2.6. Лазерлік принтерлер
4.3. Лазердің әскери істе пайдаланылуы
4.3.1.Лазерлік қару
4.4. Лазерлік көрсеткіш
4.4.1.Физика бойынша демонстрациялық тәжірибелерде лазер мен лазерлік көрсеткішті қолдану
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиетттер тізімі

Кіріспе
Өзектілігі: Лазер,оптикалық кванттық генератор - оптикалық резонаторда орналасқан активті ортаның еріксіз жарық шығаруы немесе еріксіз шашырауы есебінен когерентті электрмагниттік толқындар өндіретін қондырғы."Лазер" сөзі ағылшының "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" деген сөздерінің бас әріптеріннен кұралған. Жарықты еріксіз сәуле шығару арқылы күшейту деген мағынаны білдіреді. Лазердің жасалуы физика мен техникадағы кванттық электроника деп аталатын жаңа бағыттың дамуына себепші болды. Қазіргі ғылым мен техникада лазерлерді кеңінен қолдану лазерлік сәулеленудің ерекше қасиеттерімен түсіндіріледі. Лазер - когерентті жарық генераторы. Басқа жарық көздерінен өзгеше (мысалы, қыздыру шамдары немесе күндізгі жарық шамдары) лазер жарық өрісінің жоғары реттеу дәрежесімен немесе жоғары когеренттік дәрежесімен сипатталатын оптикалық сәуле береді. Мұндай сәуле жоғары монохроматикалық және бағыттылығымен ерекшеленеді. Қазіргі уақытта лазерлер түрлі міндеттерді орындай отырып, заманауи өндірісте табысты еңбек етуде. Сондықтан да лазерлік технологияларды енгізу мен жетілдіру қазіргі заманғы өндірістің тиімділігін едәуір арттырады және өндірістің барлық келбетінің сапалы өзгеруіне әкеледі деп сенімді түрде айтуға болады. Бұл жұмыстың өзектілігі лазерлік технологиялардың даму қарқынының тұрақты өсуімен және оларды біздің өмірімізге енгізумен байланысты.
Жұмыстың мақсаты: лазерлік технологияларды зерттеу
Жұмыстың міндеттері:
- Лазерлердің түрлі типтерінің жұмыс принципімен танысу;
- Лазерлік сәулелену қуатын арттыру тәсілдерін білу;
- Лазерлерді қолдану нұсқаларын қарастыру;
- Физика бойынша демонстрациялық тәжірибелерде лазер мен лазерлік нұсқауды қолдану
Зерттеу объектісі: жартылай өткізгіш лазер және лазерлік көрсеткіш.
Зерттеу әдістері: Теориялық және практикалық.

1. Лазерлердің жұмыс істеу принципі.
Лазер деп көрінетін спектрде когерентті электромагнитті сәулелік энергияны өте дәл ультракүлгін сәулеленуден аса жоғары инфрақызыл (субмиллиметрлер) сәулеленуге дейінгі диапазонда шығаратын құрылғыны айтады.
Барлық лазерлер үш негізгі құрылымдық блоктан тұрады:
1.Эмиссия толқындарының ықтимал ұзындығын анықтайтын белсенді (жұмыс) орта. Белсенді орта-инверсиялық қоныстану жасалатын зат. Белсенді орта болуы мүмкін:
- қатты-рубин немесе алюмо-иттрий гранат кристалдары, түрлі өлшемдегі және формадағы өзек түрінде неодим қоспасы бар шыны;
- сұйық-анилин бояғыштарының ерітінділері немесе тұз ерітінділері;
- газ тәрізді-гелий қоспасы, неон, аргон, көмірқышқыл газ, шыны түтіктердегі төмен қысымды су буы.
Жартылай өткізгіш материалдар мен суық плазма, химиялық реакция өнімдері де лазерлік сәуле береді. Белсенді ортаның түріне байланысты лазерлер рубинді, гелий-неонды , бояғыштар және т. б. деп аталады.
2. Энергия көзі (айдау) . Мысалы, электр тогы, импульстік шам немесе химиялық реакция.
3. Сыйымдылық құрылғысы бар резонанстық қуыс (оптикалық резонатор)- әдетте екі айна болады. Оптикалық резонаторлар жазық айналармен, сфералық, жазық және сфералық комбинациялармен және т. б.болады. Бұл айналардың арасында белсенді орта бар.
Айналардың біріншісі оған түсетін барлық жарықты көрсетеді (әдетте толық ішкі шағылысу призмасы қолданылады). Екінші айна жартылай мөлдір ( шыны пластиналардың табаны пайдаланылады), ол сәулеленудің бір бөлігін мәжбүрлі сәулеленуді жүзеге асыру үшін ортаға қайтарады, ал бір бөлігі лазерлік сәуле түрінде сыртқа шығарылады (сурет-1).

Сурет-1. Лазердің құрылысы
Лазерлердің негізіне 1917 жылы Эйнштейнмен болжанған индукцияланған сәулелену құбылысы алынған. Эйнштейн бойынша, қарапайым сәулелену және резонанстық жұтылу процестерімен қатар үшінші процесс бар - мәжбүрлі (индуцирленген) сәулелену. Резонанстық жиіліктің жарығы, яғни атомдар жұтып, жоғары энергетикалық деңгейлерге өтіп, жұтуға қабілетті жиіліктер, егер ондай ортада болса, осы деңгейлерде тұрған атомдардың шырақтануын тудыруы тиіс. Бұл сәулеленудің өзіндік ерекшелігі-шығарылатын жарық мәжбүрлі жарықтан ажыратылмайды, яғни жиілігі, фазасы, поляризациясы және таралу бағыты бойынша соңғысына сәйкес келеді. Бұл дегеніміз, мәжбүрлі сәулелену жарық шоғырына дәл сол жарық кванттарын қосады, ол одан резонанстық жұтуды алып тастайды.
Орта атомдары төменгі энергетикалық деңгейде бола отырып, жарықты жұтуы мүмкін, олар жоғарғы деңгейде шығарады. Демек, төменгі деңгейлердегі атомдардың көп саны кезінде (жоғары деңгейлердегі атомдардың санынан көп), жарық орта арқылы өтіп, әлсірейді. Керісінше, егер жоғарғы деңгейдегі атомдар саны еркін емес саннан көп болса, онда жарық осы орта арқылы өтеді. Бұл дегеніміз, бұл ортада индукцияланған сәуле басым дегненді білдіреді. Айналардың арасындағы кеңістік белсенді ортамен, яғни еркін емес атомдардан (жоғарғы энергетикалық деңгейлердегі атомдар) көп қозғалған атомдардан тұратын ортамен толтырылған. Орта индукцияланған сәулелену есебінен ол арқылы өтетін жарықты күшейтеді, оның басы атомдардың бірінің спонтанды сәулеленуін береді.
Электромагниттік толқынның зат арқылы өтуі кезінде оның энергиясы жұтылады. Жұтылған толқын энергиясы есебінен атомдардың бір бөлігі қозғалады,яғни жоғары энергетикалық жағдайға ауысады. Бұл жағдайда жарық шоғырынан кейбір энергия алынады:
hν=E1-E2
мұнда h - жұмсалған энергияның мөлшеріне сәйкес келетін шама, ν - толқын жиілігі, E2 - жоғары энергетикалық деңгейдегі энергия, E1 - төменгі энергетикалық деңгейдегі энергия.
Қозғалған атом өзінің энергиясын соқтығысу кезінде көрші атомдарға бере алады немесе фотонды кез келген бағытта жібере алады. Енді біз қандай да бір тәсілмен орта атомдарының көп бөлігін қозғадық деп елестетеміз. Ол кезде зат бұл толқын әлсіремейді,керісінше индукцияланған сәулелену есебінен күшейеді. Оның әсерімен атомдар төмен энергетикалық жағдайларға, толқындардың жиілігі мен фазасы бойынша құлайтын толқынға сәйкес келеді.
2. Лазер сәулесінің қасиеттері
Лазер сәулесі келесі қасиеттерге ие:
1. Коллимация (тікелей бағыт) - лазер сәулесінің тіпті үлкен қашықтықта орналасуы, яғни. параллель сәулелер;Тікелей бағыт кеңістіктегі оптикалық сәуленің айырмашылығымен анықталады және радиация көбіне таралатын жалпақ немесе қатты бұрышпен сипатталады. Барлық лазерлі емес көздер толық 4PI-ге дейін үлкен қатты бұрышта бағытты сәулеленуді береді. Толқынның диафрагмасы арқылы қайнар көзден алыс, дифракциямен анықталатын жеткілікті аз дивергенциямен сәуле жасауға болады, бірақ бұл сәулеленудің көп бөлігін жоғалтуға байланысты болады. Лазерде резонатор белсенді ортада белгілі бір бағытты" бөліп алады" , ол үшін өздігінен қозу шарты орындалады - дәл осы бағытта қоздырылған эмиссия процестері шығындардың орнын толтыра алады. Осылайша, бұл жағдайда радиация қуыс осі бойымен күрт бағытталады. Айта кету керек, лазер сәулесінің толық кеңістіктік когеренттілігінде де оның дивергенциясы нөлге тең емес және лазерлік сәуле шығаратын саңылаудың дифракциясы арқылы анықталады. Мұндай сәулелер дифракциямен шектелген деп аталады. Іс жүзінде лазер сәулесінің айырмашылығы лазердің шығатын саңылауындағы дифракциямен ғана емес, сонымен бірге резонатордың геометриясымен, сондай-ақ лазер затындағы оптикалық біркелкіліктің болуымен де байланысты.
2)монохроматикалық; Алғашқы кванттық генератор аммиак молекулаларының сәулесінде жасалды және толқын ұзындығы миллиметр диапазонында сәуле берді. Бұл радиация радиожиілік диапазонына жатады, сондықтан тиісті құрылғылар мазер деп аталды. Оптикалық және инфрақызыл және ультракүлгін диапазондарда сәулелендіретін лазерлер кейінірек құрылды. Жиілігі бүкіл оптикалық, сонымен қатар инфрақызыл және ультракүлгін диапазондардың жанында болатын әртүрлі лазерлер бар. Спектрдің жұмсақ рентген аймағында сәулеленудің алғашқы нәтижелері бар (рентгендік лазерлер). Дәстүрлі жарық көздеріне табиғи, мысалы, күн сәулесі немесе жанатын от, ал жасанды - электр лампасы немесе флуоресцентті лампалар үшін - радиацияның кең спектрі тән. Табиғи көздер мен қыздыру лампаларының жарықтылығы тек көздің температурасымен анықталады: температура неғұрлым жоғары болса, спектрдің қысқа толқындық аймағында соғұрлым көп энергия бөлінеді және осы спектрдің ені соғұрлым көп болады. Бұл тәуелділіктер тұрақты пайда болған, кейіннен Планк тұрақтысы деп аталатын және табиғаттың кванттық қасиеттерінің масштабын анықтайтын, мүлдем қара дененің шығарылуын сипаттайтын әйгілі Планк формуласында бар.Мұндай көздерден айырмашылығы лазерлік сәуле өте тар спектрмен сипатталады. Сондықтан жарықтың кванттық қасиеттерін мақсатты пайдаланумен байланысты болатын лазер сәулесінің монохроматикасы оның маңызды қасиеттерінің бірі болып табылады. Импульсті лизингте жұмыс істейтін қазіргі заманғы қатты лазерлер үшін эмиссия спектрінің ені шамамен 10 ГГц құрайды (бұл шамамен 40 мкэВ энергия спектріне сәйкес келеді), ал оптикалық толқын ұзындығының стандарттарын алу үшін пайдаланылатын арнайы қондырғылардың ені небары 10 Гц құрайды.
3) когеренттілік - лазер сәулесінің барлық толқындары бірдей фазаға ие. Когеренттілік - оптика саласындағы маңызды ұғымдардың бірі және жарықтың кедергі әсерлерін көрсету қабілетімен тікелей байланысты. Әр түрлі жерлерде немесе әр түрлі уақытта электр өрістерінің шамалары арасында тұрақты фазалық байланыс болған кезде жарық өрісі когерентті деп аталады.Когеренция сәулеленудің ынталандырылған сипатына байланысты,мұны лазердің негізгі қасиеті көрсетеді, ол оның сәулеленуінің реттелген құрылымын, яғни жарық өрісінің идеалды гармоникалық толқынға жақындық дәрежесін көрсетеді. Электромагниттік толқын үшін кеңістіктік және уақыттық үйлесімділік ұғымдары бар. Егер толқын фронтының кез келген нүктелері үшін фазалық айырмашылық t кез келген уақытта өзгеріссіз қалса, онда бұл толқын кеңістікте когерентті болады. Егер фазалық айырмашылық тек кеңістіктегі белгілі бір шектеулі аймақта сақталса, онда толқын жартылай кеңістікте болады. Егер толқын фазасы кеңістіктің белгілі бір нүктесінде ∆t уақыт аралығында өзгеріссіз қалса, онда ∆t интервалында уақыттық сәйкестік болады. Егер ∆t шектелмеген болса, онда толық уақытша когеренттілік орын алады; егер ∆t шектелген болса-жартылай уақытша когеренттілік. Уақытша үйлесімділік ұғымы монохроматикалық сәулелену ұғымымен байланысты. Кеңістіктік және уақытша үйлесімділік лазерлік сәулеленудің тәуелсіз сипаттамалары болып табылады. Тарихи тұрғыдан жарықтың үйлесімділік ұғымы интерференция құбылысына байланысты пайда болды, үйлесімділік жарықтың интерференциялық көрініс беру қабілеті ретінде анықталды. Алайда, когерентті жарық - бұл құрылымы жазықтыққа немесе сфералық гармоникалық толқынға жақын жарық.
4) алшақтық; Лазер сәулесінің маңызды сипаттамаларының бірі - бұрыштық алшақтық. Бұрыштық алшақтық ұғымы біртұтас қатты бұрыштағы сәулелену ағынының шамасын, яғни алыс аймақтағы сәуле қарқындылығының бұрыштық таралуын білдіреді.Шет аймақтағы қарқындылықтың спектрлік ені жарық сәулесінің бұрыштық ауытқуы болып табылады. Іс жүзінде 0,5 қарқындылық деңгейіндегі алшақтық түсінігі қолданылады. Бұл сәулелер энергиясы максималды мәннің 0,5-тен кем болмайтын бұрыштар спектрінің ені. Бұл радиациялық ағынның жартысын қамтитын алыс аймақтағы шеңбердің бұрыштық диаметрі.
5) жарықтылық (қуаттың шығуы).Жарықтылық термині көбінесе лазерлер мен лазер сәулелері аясында қолданылады, бірақ көбінесе жай сипаттамалық, сандық емес мағынада қолданылады. Бұл термин әртүрлі сандық мағыналарда да қолданылады; мұндай әртүрлілік көбінесе белгісіздікке байланысты. Атап айтқанда, жарықтандыру кейде жарықтылықтың жарық өлшеу мәнін білдіреді, бірақ басқа жағдайларда радиацияның радиометриялық мәнін білдіруі мүмкін (төменге қараңыз). Маңызды айырмашылық - радиометрия оптикалық энергиямен айналысады, ал фотометрия оптикалық сәуленің қарқындылығын көздер қалай қабылдайтынын өлшейді.Мысалы, АҚШ Федералды 1037С Федералды стандарты физиологиялық сезімдер контексінде сандық емес сипаттау үшін тек қана жарықтылық терминін қолдануды ұсынады, бірақ бұл терминді тағы бір қолдану кең таралды. Лазерлік технологияны анықтауда лазер көзінің жарықтығы (сандық мағынада) жалпы жарықтылықтың синонимі ретінде түсініледі, бұл жалпы энергияны фокустағы режим аймағының көбейтіндісіне және алыс аймақтағы қатты бұрыштарға бөлетін жалпы энергия.
3. Лазерлердің сипаттамасы және жіктелуі.
3.1.Газ лазерлері.
Газ лазерлерінің белсенді ортасы төмен қысымды газдар (жүзден бірнеше миллиметрге дейін сынап) немесе шыны түтікті дәнекерленген электродтармен толтыратын олардың қоспалары. Гелий мен неонның қоспасына негізделген алғашқы газ лазері 1960 жылы ластану лазерінен кейін А. Джаван, В. Беннетт және Д. Херриот (АҚШ) жасаған (сурет-2). Газ лазерлері жоғары жиілікті генератормен қоректенетін электр разрядымен сорылады.Газ лазерлері, әдетте, үздіксіз сәуле шығарады. Газдардың тығыздығы өте аз болғандықтан, активті орта бар түтіктің ұзындығы жеткілікті үлкен болуы керек, сондықтан белсенді зат массасы жоғары радиациялық қарқындылықты алу үшін жеткілікті болады.Газ лазерлеріне сонымен қатар газды-динамикалық, химиялық және эксимерлі лазерлер кіреді (тек қозған күйде болатын молекулалардың электронды ауысуларында жұмыс жасайтын лазерлер).

Сурет-2. Газ лазерінің құрылысы
Газды-динамикалық лазер реактивті қозғалтқышқа ұқсас, онда белсенді ортадағы газ молекулалары қосылған отын жағылады. Жану камерасында газ молекулалары қозғалады, ал үстірт дыбыс кезінде салқындағанда олар газ ағынына таралатын инфрақызыл аймақтағы жоғары қуатты когерентті сәулелену түрінде энергия береді.
Химиялық лазерлерде (газ-динамикалық лазердің нұсқасы) химиялық реакцияларға байланысты популяция инверсиясы түзіледі. Атомдық фтордың сутегімен әрекеттесуі үшін ең жоғары қуатты лазерлер жасайды.
3.2 Сұйық лазерлер
Осы лазерлердің белсенді ортасы (оларды бояғыш лазерлер деп те атайды) ерітінді түрінде әртүрлі органикалық қосылыстар болып табылады. Бірінші бояғыш лазерлер 60-шы жылдардың соңында пайда болды. Олардың жұмыс жасайтын затының тығыздығы қатты және газ арасындағы аралық орынды алады, сондықтан олар белсенді затпен бірге жасушаның кішкентай өлшемдерімен өте қуатты сәуле шығарады (20 Вт дейін). Олар импульсті де, үздіксіз режимде де жұмыс істейді, оларды флеш лампалар мен лазерлер басқарады. Бояу молекулаларының қозған деңгейлері кең, сондықтан сұйық лазерлер бірден бірнеше жиілік шығарады. Кюветаларды бояғыш ерітінділерімен ауыстыру арқылы лазерлік сәулені өте кең диапазонда реттеуге болады. Радиациялық жиілікті тегіс реттеу резонаторды баптау арқылы жүзеге асырылады.
3.2.1. Бояғыш лазерлер
Олардың осылай аталуының себебі,олардың жұмыс сұйықтығы анилин бояғыштарының суда, алкогольде, қышқылда және басқа еріткіштерде ерітіндісі болып табылады. Сұйықтық жалпақ ванна-кюветаға құйылады. Кювет айналардың арасына орнатылды(сурет-3). Бояу молекуласының энергиясы оптикалық түрде сорылады, тек жарқыл лампасының орнына алдымен импульсті рубин лазерлері, кейіннен газ лазерлері қолданылды. Лазер сорғысы сұйық лазерге салынбайды, бірақ сәулені корпус ішіндегі терезе арқылы ұяшыққа енгізу арқылы лазердің сыртына орналастырылады.

Сурет-3. Бояғыштардағы лазер
Қазір импульсті шаммен жарықты генерациялауға қол жеткізілді,бірақ барлық бояғыштарда емес.Ерітінділер толқынның әр түрлі ұзындықтағы Жарық импульстерін сәулелеуі мүмкін -- ультракүлгін сәуледен инфрақызыл жарыққа дейін -- және қуаты жүз киловатт-дан бірнеше мегаватт-қа дейін (миллион ватт), кюветке қандай бояғыш құйылғанына байланысты. Бояғыштардағы лазерлер бір ерекшелікке ие. Барлық лазерлер толқынның бір ұзындығына қатаң түрде сәуле шығарады. Бұл олардың қасиеті бүкіл лазерлік әсерге негізделген атомдардың еріксіз сәулеленуінің табиғатында жатыр. Органикалық бояғыштардың үлкен және ауыр молекулаларында қоздырылған шығарылым толқын ұзындығының кең жолағында бірден пайда болады. Бояғыш лазерден монохроматизмге қол жеткізу үшін сәуле жолында жарық сүзгісі пайда болады. Бұл жай витраж емес. Бұл бір толқын ұзындығының сәулесін беретін шыны пластиналардың жиынтығы. Пластиналар арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы сіз лазер сәулесінің толқын ұзындығын сәл өзгерте аласыз. Мұндай лазер реттелетін деп аталады. Ал лазер спектрдің әртүрлі бөліктерінде жарық шығаруы үшін - көгілдірден қызылға немесе ультракүлгіннен жасылға ауысу, айталық, кюветаны жұмыс сұйықтығымен өзгерту жеткілікті. Олар материяның құрылымын зерттеу үшін ең перспективалы болып шықты. Сәулеленудің жиілігін реттей отырып, жарықтың толқын ұзындығы сәуленің бойымен не сіңетінін немесе шашырайтындығын білуге болады. Осылайша сіз атмосфера мен бұлттардың құрамын екі жүз шақырымға дейінгі қашықтықта анықтай аласыз, судың немесе ауаның ластануын өлшей аласыз, ол бөлшектердің оны қандай мөлшерде ластайтынын бірден көрсетеді. Яғни, сіз су мен ауаның тазалығын автоматты түрде және үздіксіз қадағалайтын құрылғыны ала аласыз.
3.3.Жартылай өткізгіш лазерлер.
Оптикалық кванттық генераторлардың бұл түрін 1962 жылы бір уақытта бірнеше американдық зерттеушілер тобы құрады (Р.Холл, М.И. Нейтен, Т. Квист және басқалар), дегенмен Н.Г. Басов және оның әріптестері 1958 жылы олардың жұмысына теориялық негіздеме жасады. Жалпы лазерлік жартылай өткізгіш материал - GaAr галлий арсениді.
Жартылай өткізгіш лазер дегеніміз - жартылай өткізгіш жұмыс істейтін зат ретінде қолданылатын лазер. Мұндай лазерде лазердің басқа түрлерінен айырмашылығы (қатты күйді қосқанда) радиациялық өтулер атомдардың, молекулалардың және иондардың оқшауланған энергия деңгейлері арасында емес, рұқсат етілген энергия аймақтары немесе кристалл подстанциялар арасында қолданылады. Жартылай өткізгіш лазерде сору жүзеге асырылады:
тікелей электр тогымен (тікелей сорғы);
электрмагниттік сәулемен.
Жартылай өткізгіштердің атымен жиі қуатты сорғы жарық диоды мен оған жабысқан қатты күйдегі белсенді элементтен табылған гибридті лазер кездеседі.Мұндай лазерлердің артықшылығы - жарық диодты сорғының құрылымы едәуір кең және, тиісінше, қуатты болуы мүмкін. Қыздырудан болатын механикалық деформациялар белсенді элементке аз әсер етеді. Қуаты бірнеше ондаған ватт болатын жартылай өткізгіш лазерлер негізінен осы технологияны қолдану арқылы жасалады. Гибридті лазерді жартылай өткізгіш лазерден ажырату өте қиын.
Жартылай өткізгішті лазерде кристалды торды құрайтын атомдар қозғалады және ұжымдық сәуле шығарады, лазердің өзі өте аз мөлшерге ие болуы мүмкін. Жартылай өткізгіш лазерлердің басқа ерекшеліктері жоғары ПӘК, аз инерциондық, конструкцияның қарапайымдылығы болып табылады.
Жартылай өткізгіш лазерлердің типтік өкілі лазерлік диод-лазер болып табылады, онда жұмыс аймағы p-n жартылай өткізгішті өткел болып табылады (сурет-4). Мұндай лазерде сәулелену электрондар мен тесіктерді рекомбинациялау есебінен болады.

Сурет - 4

3.4. Рубин лазері.
Алғашқы кванттық жарық генераторы 1960 жылы құрылған рубин лазері болды.Жұмыс істейтін зат - алюминий оксидінің Al2O3(корунд) кристалы болып табылады, оған Cr2O3 хром оксиді өсірілген кезде қоспа ретінде енгізіледі. Рубиннің қызыл түсі оң Cr + 3 ионына байланысты. Al2O3кристалды торында Cr + 3 ионы Al + 3 ионын алмастырады. Нәтижесінде кристалда екі сіңіру жолағы пайда болады: біреуі жасыл, екіншісі спектрдің көк бөлігінде. Рубиннің қызыл түсінің тығыздығы Cr + 3 иондарының концентрациясына байланысты: концентрация неғұрлым жоғары болса, соғұрлым қызыл түс қалың болады. Қара қызыл рубинде Cr + 3 иондарының концентрациясы 1% жетеді.
Көгілдір және жасыл жұтқыш жолақтармен қатар, энергияның E1 және E1' екі тар деңгейі бар, олардан өту кезінде фундаменталды деңгейден 694.3 және 692.8 нм толқындар шығады. Жолдың ені бөлме температурасында шамамен 0,4 нм құрайды. 694.3 нм сызық үшін мәжбүрлеп өту ықтималдығы 692,8 нм-ге қарағанда үлкен. Сондықтан 694,3 нм сызығымен жұмыс істеу оңайырақ.
Рубин ақ жарықпен сәулеленсе, спектрдің көк және жасыл бөліктері сіңіп, қызыл түске боялады. Рубин лазерімен ксенон лампасы бар оптикалық сорғы қолданылады, ол арқылы импульс ағып, бірнеше мың келвинге дейін қызады. Үздіксіз сору мүмкін емес, өйткені мұндай жоғары температурадағы лампа үздіксіз жұмыс істеуге төтеп бермейді. Алынған сәуле өзінің сипаттамаларына толығымен қара дененің сәулеленуіне жақын. Сәулеленуді Cr + иондары сіңіреді, нәтижесінде сіңіру жолақтарының аймағында энергия деңгейіне ауысады. Алайда, осы деңгейлерден, Cr + 3 иондары радиациялық емес өту нәтижесінде E1, E1' деңгейіне тез өтеді. Бұл жағдайда артық энергия торға, яғни тордың дірілдеу энергиясына, басқаша айтқанда фотондардың энергиясына айналады. E1, E1' деңгейлері метастабильді. E1-де өмір сүру ұзақтығы - 4,3 мс. Сорғының импульсі E1, E1' 'деңгейлерінде қозған атомдар жиналып E0, деңгейіне қатысты кері популяцияны құрайды (бұл зерттелмеген атомдардың деңгейі).
Рубин кристалы дөңгелек цилиндр түрінде өсіріледі. Лазер үшін әдетте мынадай өлшемді кристалдар қолданылады: ұзындығы L = 5 см, диаметрі d = 1 см. Ксенон лампасы және рубин кристал эллипс қуысына жақсы шағылысқан ішкі бетімен орналастырылған (Cурет-5). Ксенон лампасының барлық сәулеленуі резинге жететініне көз жеткізу үшін резина кристалдары мен дөңгелек цилиндр формасы бар шам оның генераторларына параллель қуыстың эллипстикалық бөлімінің ошақтарына орналастырылады. Осының арқасында тығыздығы сорғы көзіндегі радиациялық тығыздыққа тең сәуле рубинге жіберіледі.Рубин кристалының ұштарының біреуі кесектің шетінен сәуленің шағылысуы қайтарылатын етіп кесіледі. Бұл кесу лазер айналарының бірін алмастырады. Рубин кристалының екінші ұшы Брюстер бұрышымен кесіледі. Ол сәйкес сызықты поляризациямен сәуле шағылысуынсыз қызғылт кристалдан шығуды қамтамасыз етеді. Осы сәуленің жолына екінші резонаторлық айна орналастырылған. Осылайша, рубинді лазердің сәулеленуі сызықтық полярланған болады.

Cурет-5
4. Лазерлердің қолданылуы
Лазер сәулесінің ерекше қасиеттері, заманауи лазерлер мен олардың негізінде жасалған құрылғылардың әртүрлілігі лазерлік технологиялардың адам қызметінің әртүрлі салаларында: өнеркәсіпте, ғылымда, медицинада және күнделікті өмірде кеңінен қолданылуын анықтайды. Лазерлердің пайда болуы және ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.