Лазерный эффект

Наиболее важными процессами, не обходимыми для функционирования лазера, являются люминесценция и вынужденное излучение. Люминесценция —неравновесное излучение тел, избыточное по отношению к тепловому излучению, причем испускание фотонов происходит самопроизвольно. То же явление, при котором основную роль играет вынужденное излучение, возникающее в среде с инверсной заселенностью, приводит к лазерному эффекту. [c.589]

Лазерный эффект получен в трех средах твердых телах, жидкостях и газах, включая чистые газы и пары металлов. Соответственно различают твердотельные, жидкостные и газовые лазеры. Отдельную группу составляют полупроводниковые лазеры. [c.589]

Лазерное вещество 589 Лазерные материалы 589 Лазерный эффект 589 Лазеры полупроводниковые 592 [c.684]

Рассмотрим теперь стационарное решение уравнения (7.4.39), которое играет важную роль в объяснении лазерного эффекта. Положив равными нулю производные по времени и учитывая условие нормировки = 1, находим элементы стационарной [c.133]

Лазерный эффект получен примерно на ста различных веществах. Но только часть из них, например, корунд с примесью окиси хрома (рубин) и стекло с примесью окиси неодима оказались способными излучать пучки света мощностью в десятки киловатт и более в течение тысячных долей секунды. [c.94]

В связи с вопросами ионизации газа под действием лазерного излучения в гл. V добавлены параграфы, в которых рассматриваются излучение и поглощение света свободными электронами при столкновениях с нейтральными атомами. Живейший интерес, который сейчас проявляется к лазерам, побудил нас написать специальный параграф (в гл. II), посвященный полуклассической трактовке индуцированного испускания и лазерного эффекта. [c.9]

Укажем работу [9], в которой лазерный эффект рассматривается на основе полуклассических представлений и [10], где сопоставляются квантовая и полуклассическая точки зрения. [c.109]

Другим распространенным типом твердотельного лазера является четырехуровневый лазер (рис. 18.17), работающий на неодимовом стекле (вольфрамат кальция с добавкой ионов неодима N(1 +). В четырехуровневой системе для осуществления лазерного эффекта нет необходимости освобождать основное состояние. [c.646]

Для получения лазерного эффекта мы должны организовать систему электронных уровней и внешнего излучения таким образом, чтобы для некоторой пары уровней уровень с высшей энергией имел большую вероятность заполнения, чем уровень с меньшей энергией. Представим себе, что такую систему можно создать, растворив редкоземельный атом в изоляторе. Основное состояние примеси будет включать электроны в /-состояниях (/ = 3). Обозначим основное состояние Ро. Сушествуют и возбужденные состояния, которые включают в себя снова /-состояния, но с другим главным квантовым числом. Обозначим два из этих возбужденных состояний Р и г (в порядке возрастания энергии). Наконец, сушествуют также возбужденные конфигурации, соответствующие, например, электрону, перешедшему из /-состояния в -состояние. Мы обозначим такие состояния О и будем считать, что их энергия больше, чем у Рг. Имея эти четыре уровня, мы сможем понять действие лазера. [c.391]

Она должна была собирать большую часть света, рассеянного вперед от трубки с красителем. Затем свет концентрировался на входную щель дифракционного спектрографа, предназначенного для регистрации на фотопластинке любой спектральной линии в интервале длин волн примерно от 7000 до 12 ООО ангстрем. Получилось так, что на первой же обработанной пластинке обнаружилась размытая линия с длиной волны около 7555 ангстрем. Размытость линии исключала рамановское излучение, и мы сразу заподозрили, что она связана с зачаточным лазерным эффектом. На это указывало, в частности, близкое совпадение частоты зарегистрированной линии с пиком одной из линий флюоресцентного излучения фталоцианина. Вскоре последовало подтверждение этого предположения. Когда трубка с красителем была спарена с подходящей резонансной полостью, то вдоль оси вторичного резонатора возник мощный лазерный луч с длиной волны 7555 ангстрем. [c.19]

Спектр флюоресцентного излучения органических красителей часто имеет более чем один максимум и занимает полосу не менее нескольких сотен ангстрем. Причина образования полосы большой ширины заключается в том, что на самом деле излучение состоит из сотен компонент, соответствующих переходам с различных подуровней первоначально возбужденного синглетного состояния на различные подуровни основного состояния. Эти подуровни связаны с особыми колебаниями молекулы как целого. Некоторые колебательные подуровни основного состояния могут иметь достаточно большую энергию, чтобы обычно оставаться незанятыми. Поэтому между состояниями, с которых происходит флюоресценция, и некоторыми верхними колебательными уровнями основного состояния может существовать инверсия населенности , достаточная для создания лазерного эффекта. [c.19]

В нашем эксперименте раствор фталоцианина поглощал огромное по мощности излучение рубинового лазера. Этого было достаточно для накачки необходимого числа, молекул красителя прямо в флюоресцентно излучающее состояние. Она и обеспечивала достижение порога, за которым обнаруживается лазерный эффект. Как только он достигается, вся избыточная энергия, используемая для возбуждения молекул красителя, переходит в энергию когерентного пучка излучения. Его частота лежит в относительно небольшом интервале с центром вблизи одного из широких пиков флюоресценции. Поэтому регистрируемый спектр лазерного луча занимает лишь небольшую часть обычного спектра флюоресценции. [c.19]

Принимая во внимание общность этого механизма, не следует удивляться, что лазерный эффект был вскоре обнаружен во многих других органических красителях (рис. 2), поглощающих в красной, а испускающих в близкой инфракрасной части спектра. Эта работа была проведена как нами, так и другими исследователями, обратившими внимание на [c.19]

В частности, лазерный луч, генерируемый инверсией населенности в наборе синглетных состояний, может ослабляться из-за наличия достаточного числа молекул в нижнем триплетном состоянии. Если в этом состоянии оказывается достаточно большой процент молекул, то эффект может быть настолько сильным, что полностью подавит лазерный эффект. [c.27]

В начале 1967 года нам пришлось столкнуться с проблемами, порожденными накоплением молекул в низшем триплетном состоянии во время накачки. В то время мы принялись за разработку импульсной лампы, призванной заменить твердотельный лазер, работающий в режиме гигантского импульса. Тогда этот лазер являлся неизбежным придатком лазера на красителе. Длительность импульса рубинового лазера, работающего в режиме гигантского импульса, равна примерно 10 наносекундам, так что полный цикл, включающий возбуждение и вынужденное излучение из синглетных состояний, может закончиться до того, как будет создана значительная населенность триплетных состояний. В сущности, именно из-за этого и оказался возможным лазерный эффект в целых десятках флюоресцирующих красителей, возбуждаемых лазером, работающим в режиме гигантского импульса. [c.27]

Лазерное излучение характеризуется тремя главными свойствами его волны когерентны (все — в фазе), высоко монохроматичны (все — с одной и той же длиной волны) и способны распространяться на большие расстояния в виде хорошо коллимированных лучей. Так как лазерный эффект запускается спонтанным процессом, время жизни этого спонтанного процесса не должно быть слишком большим, чтобы реакция размножения не протекала слишком медленно. Далее, превращение поглощенной энергии возбуждения в энергию излученного света должно быть достаточно полным. Из-за того, что лавина электронов из возбужденных состояний в конечные сорвется только при наличии достаточного числа фотонов, важно, чтобы фотоны не поглощались примесями и не рассеивались на оптических неоднородностях среды. Другими словами, оптические потери в материале должны быть малы. [c.44]

Однако было бы ошибкой пренебрегать органической структурой кислородных стенок. В действительности они могут и часто играют большую роль в содействии лазерному эффекту Каждый лиганд может [c.48]

Металлоорганические жидкостные лазеры. Активными элементами в металлоорганических лазерах являются трехвалентные ионы редкоземельных элементов, связанные с органическими группами, или лигандами. Лазерный эффект осущестьляется на переходах между энергетическими уровнями TR +-HOHOB, а поглощение энергии накачки происходит через полосы поглощения лиганда. Хелаты имеют очень большие коэффициенты поглощения (около 100 см ), поэтому лазерный эффект осуществляется только в тонких слоях вещества. Металлоорганические жидкостные лазеры генерируют в режиме одиночных импульсов. [c.948]

Неорганические жидкостные лазеры. Активные среды неорганических жидкостных лазеров представляют собой растворы соединений TR +-hohob в неорганических растворителях сложного состава. Лазерный эффект достигнут пока только для ионов Nd + (табл. 34.8). Генерация идет по четырехуровневой схеме на переходе / 3/2— - Ai/2 с поглощением света накачки собственными полосами поглощения Nd +. Неорганические жидкостные лазеры могут работать с циркуляцией рабочего гещества, дают высокие значения выходной мощности. Эти лазеры работают как в режиме свободной генерации, так и с модуляцией добротности. [c.948]

Когерентными источниками излучения в О. служат гл. обр. инжекционные лазеры. Применяются гетероструктуры, из к-рых также наиб, распространёнными являются системы AlGaAs, Вследствие лазерного эффекта ширина линии АХ 0,1 нм, расходимость луча не более 30 , кпд до 50%. Длина волны меняется в зависимости от состава твёрдого раствора активной области. Наиб, освоен (на 1990) диапазон длин волн от [c.462]

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ лазер — лазер на основе полупроводниковой активной среды. В отличие от лазеров др. типов, в П. л. используются квантовые переходы между разрешёнными энергетич.. зонами, а не дискретными уровнями энергии (см. Полупроводники). Лазерный эффект в П. л. связан в осн. с межзон-, ной люминесценцией (излучат, рекомбинацией созданных внеш. воздействием избыточных электронов и дырок рис. 1). Поэтому длину волны А, лазерного излучения можно выразить через ширину запрещённой зоны [c.51]

Лазерный эффект обнаруживает большое кол-во разл. кристаллов и сгекол (неск. сотен), однако реально действующих Т, л,, нашедших практич, применение, существенно меньше. К их числу относится лазер на кристалле рубина—первый в мире лазер, созданный в 1960 Т. Мей-маном (Т. Maiman, США). [c.49]

В люминесценции участвуют не все частицы, входящие в состав лазерного вещества. Если в люминесценции участвуют частицы, не входягцме в основной состав лазерного вещества, то и совокупность называют активатором, а остальное — матрицей. Для того чтобы имела место люминесценция, активные частицы должны быть возбуждены. Лазерный эффект может возникнуть в том случае, если в энергетическом сиектре частицы ниже уровня или полосы возбуждения находится уровень, безызлучательные переходц с которого маловероятны, т. е. квантовый выход люминесценции близок к единице. На этом люминесцирующем уровне, называемом верхним лазерным уровнем, создается инверсная заселенность. Желательно, чтобы нижний лазерный уровень, на который попадает частица в результате вынужденного излучения, имел низкую заселенность, т. е. чтобы он не был основным и опустошался как можно быстрее с помощью безызлучательных пере-ходов. [c.589]

Во всех лазерах на хелатах лазерный эффект осуществляется на переходах между энергетическими уровнями ионов редкоземельных элементов, а поглощение энергии накачки происходит через полосы поглощения лиганда. На рис. 33.45 показано расположение уровней лазера на ионах европия наиболее хорошо исследованной системы. [c.757]

Основные генерационные характеристики существующих лазеров на хелатах приведены в табл. 33,14. Хелаты имеют очень большие коэффициенты поглощения ( 100 поэтому лазерный эффект осуществляется [c.757]

Рис. 33.45. Расположение энергетических уровней в лазере на хелате европия [13 . Поглощение энергии иакачки осуществляется меяаду основным н синглетным состоянием лиганда с последующим переходом в трн-плетное состояние и передачей возбуждения нону Ей . Флуоресценция и лазерный эффект происходят при переходах между и f г-уровнями иона европия.

В связи с тем что время флуоресценции типичного красителя составлиет 5-10 сел, источник оптической накачки для лазеров на красителях должен обеспечивать высокие М0ЩН0С1И накачки, чтобы превысить потери на спонтанное излучение. Необходимую мощность накачки можно получить, используя разнообразные импульсные лампы или интенсивное излучение другого лазера. Второй способ дает значительно большую мощность накачки и более эффективен. Органические красители, для которых наблюдался лазерный эффект, перечислены в табл. 33.17 [14]. Здесь же приведены длины волн центра линии генерации, полученные как при накачке другим лазером, так и при вакачке излучением импульсной газоразрядной лампы. [c.759]

Если обратиться к лазерному излучению, то в первом приближении можно использовать для него привычный термин свет . Действительно, в настоящее вре.мя лазерный эффект осуществлен в диапазоне частот от ближнего ультрафиолетового до ближнего нифракрасиого, т. е. (в широком смысле этого слова) в световом диапазоне частот. [c.5]

Это относится только к свободным молекулам в газовой фазе. Для ионов переходных металлов или редкоземельных элементов в кристаллах или растворах такие интеркомбинационные переходы наблюдались. Наиболее известным примером может служить линия 6943 А кристалла рубина. Это был первый переход, для которого наблюдался лазерный эффект. [c.137]

При понижении температуры до 1,7° К широкие полосы поглощения сужаются, на них проявляется ряд узких полос, расположенных на равном расстоянии друг относительно друга. Эта так называемая структура полосы поглощения объясняется колебаниями самой решетки рубина [2, 68]. Помимо этих полос, в спектре проявляется ряд узких линий поглощепия и люминесценции, которые могут быть объяснены чисто электронными переходами в ионе хрома [40, 142]. Свойства отдельных линий 11- и -линий) в настоящее время детально изучаются в связи с лазерным эффектом рубина [75, 76]. [c.205]

Рис. 2. Молекулярная структура четырех органических красителей, используемых в лазерах. Вверху приведена структура молекулы хлоралюминиевого фталоцианина, на котором впервые был открыт лазерный эффект в органическом веществе. Этот краситель, исключительно стабильный в растворе этилового спирта, широко применяется в качестве пигмента для производства голубой краски. Он испускает свет в области спектра, близкой к инфракрасной, с длиной волны 7555 ангстрем. Вторая сверху схема — 7-диэтило-4-метил кумарин, краситель, найденный в промышленных отбеливателях. Кумариновый краситель стабилен в этиловом спирте и испускает яркий голубой лазерный свет, который можно настраивать в интервале от 4300 до 4900 ангстрем. Второй снизу — родамин 6Ж — вещество, используемое для получения наиболее мощных из лазеров на красителях, существующих до сих пор. Относительно устойчивый, родамин 6Ж может давать излучение в интервале нескольких сот ангстрем в спектральной области, в которой человеческий глаз наиболее чувствителен к изменениям света (от голубого до красного). Внизу на рисунке представлен типичный фоточувствительный краситель, поглощающий в красной, а излучающий в близкой инфракрасной области, называемый 3,3-диэтилтиатрикарбонатом йода. Этот краситель испускает лазерный луч с длиной волны, немногим большей 8000 ангстрем. Его устойчивость в растворе крайне мала. Из этих четырех красителей только 2 и 3 могут излучать лазерный свет при накачке импульсной лампой. Все четыре могут накачиваться лучом импульсного рубинового лазера или его второй гармоникой.

Недавно различными исследователями было замечено, что длительность импульса лампы, как оказалось, не так важна, как мы первоначально думали, по крайней мере для двух наиболее изученных групп красителей производных родамина и кумарина. Действительно, у этих красителей возможен полунепрерывпый лазерный эффект, при котором излучение лазера непосредственно повторяет форму накачивающего импульса. Этот эффект непосредственно наблюдался для импульсной лампы с длительностью импульса до 10 микросекунд. Для объяснения этого феномена оказалось необходимым учесть присутствие в растворе диссоциированных молекул кислорода. Кислород стремится погасить триплетные состояния во время столкновений с возбужденными молекулами красителя. После таких столкновений молекулы красителя возвращаются в основное синглетное состояние, тем самым противодействуя [c.29]

Теоретическая база для создания лазера была заложена Альбертом Эйнштейном, который в 1917 году понял, что возбужденный атом или молекула может испустить фотон, или квант света, с помощью любого из двух механизмов. В нервом процессе фотоны испускаются без какого-либо внешнего воамущения. Этот процесс, называемый спонтанным излучением, обладает вероятностью, которая характеризуется определенным временем жизни. Во втором процессе фотон, спонтанно испущенный из атома или молекулы, может запустить излучение другого возбужденного атома или молекулы раньше времени. Этот процесс, называемый вынужденным излучением, имеет вероятность, зависящую от плотности фотонов. Если плотность возбужденных атомов и фотонов достаточно велика, будет преобладать процесс вынужденного излучения, и в результате возникает лазерный эффект. [c.44]

Для того чтобы получить лазерный эффект, необходимо сначала достигнуть инверсной населенности , т. е. высшие, или возбужденные состояния атомов или молекул должны быть населены электронами более плотно, чем низшие, или конечные, состояния иначе поглощение фотонов невозбужденными атомами будет препятствовать преобладанию процесса вынужденного излучения. Вдобавок всегда полезно и обычно 11еобходимо заключать лазерную среду в констрз цию, которая не дает фотонам слишком быстро покидать сцену действия . Этого можно достичь с помощью пары зеркал, одно из которых слегка прозрачно и позволяет пропускать вынужденное излучение во внешний мир, где оно может najniaTb H или использоваться. [c.44]

Общее требование для начала лазерного эффекта первыми сформулировали в компактных математических зфавнениях в 1958 году Артур Л. Шавлов и Чарльз X. Таунс, работавшие в то время в Лабораториях компании Белл Телефон и Колумбийском университете соответствен- [c.44]

Рис. 1. Для накачки влектронов в активной жидкости (цветное) из низших в высшие энергетические состояния используются импульсные ксеноновые лампы (белые). Когда электрон спонтанно возвращается в низшее состояние, испущенный им фотон может заставить другой электрон испустить свой фотон преждевременно, начав лавинный процесс, характерный для лазерного эффекта. Компенсационные объемы предохраняют лазер от повреждений, вызываемых тепловой ударной волной, образующейся в жидкости при вспышке. Импульсные лампы последовательно соединены с конденсатором (внизу).

Рис. 3. Энергетические уровни электронов в молекуле редкоземельного хелата расположены таким образом, что благоприятствуют внутренним переходам электронов из первого возбужденного синглетного состояния лигандов (слева) в долгоживущее метастабильное триплетное состояние (в центре). Из него они могут переходить в соответствующее близко расположенное возбужденное состояние редкоземельного иона (справа). Органическая флюоресценция обусловлена электронами, возвращающимися в основное состояние органической молекулы прямо из синглетного состояния. Электроны, возвращающиеся в основное состояние этямо из триплетного состояния, дают характерное излучение, называемое фосфоресценцией. Передача энергии от органической молекулы к активному редкоземельному иону в значительной мере содействует достижению инверсии населенности , необходимой для начала лазерного эффекта.

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...