Спектр излучения оптических квантовых генераторов

Спектр излучения оптических квантовых генераторов [c.794]

Итак, общую картину спектра излучения оптических квантовых генераторов можно представить следующим образом. В интервале длин волн, простирающемся от вакуумного ультрафиолета до далекой инфракрасной области, с помощью разнообразных активных сред удается получать усиление излучения в участках спектра с относительной шириной (со" — со )/со, составляющей в разных случаях от 10 (лазеры на красителях) до 10" (атомные и молекулярные газы). Положение этих участков спектра определяется частотами переходов между энергетическими уровнями, характерными для используемой активной среды (атомы, ионы, молекулы в газовой, жидкой и кристаллической фазе). В пределах каждого из упомянутых участков спектр генерируемого излучения имеет вид дискретных квазимонохроматических эквидистантных компонент, расстояние между которыми задается резонатором и составляет в относительной мере величину Асо/со = Х/2Ь = = 10" — 10 . Наконец, каждая из компонент представляет собой квазимонохроматическое излучение с ничтожно малой естественной спектральной щириной бсо 10 — 10 с , так что боз/со [c.801]

В оптической области спектра эффект отдачи приводит к очень малому сдвигу линии. Тем не менее он может при определенных условиях проявляться в спектральных свойствах излучения оптических квантовых генераторов, и в 1975 г. эти проявления были обнаружены на опыте. [c.659]

Оптические приборы и оптические методы исследования широко применяются в самых разнообразных областях естествознания и техники. Напомним, например, об изучении структуры молекул с помощью их спектров излучения, поглощения и рассеяния света, а также о применении микроскопа в биологии, об использовании спектрального анализа в металлургии и геологии. Оптические квантовые генераторы неизмеримо расширяют возможности оптических методов исследования. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих положение дела. Один из новых методов — голография — подробно описан в главе XI. Изучение атомно-молекулярных процессов, протекающих в излучающей среде лазеров, а также рассеяния света и фотолюминесценции с применением лазеров позволило получить большой объем сведений в атомной и молекулярной физике, равно как и в физике твердого тела. Оптические квантовые генераторы заметно изменили облик фотохимии с помощью мощного лазерного излучения могут производиться разделение изотопов и осуществляться направленные химические реакции. Благодаря монохроматичности излучения оптических квантовых генераторов оказывается сравнительно простыми измерения сдвига частоты, возникающего при рассеянии света вследствие эффекта Допплера этот метод широко используется в аэро- и гидродинамике для излучения поля скоростей в потоках газов и жидкостей. [c.770]

Высокая монохроматичность (узкий спектр частот) излучения оптического квантового генератора (ОКГ) позволяет широко использовать методы спектральной селекции объектов, В настоя- [c.51]

Основные физические идеи голографии были сформулированы Д. Габором в 1948 г. в связи с проблемой повышения разрешающей способности электронных микроскопов. Габор подтвердил свои теоретические соображения экспериментами в оптической области спектра. Однако в силу указанных трудностей голография развивалась очень медленно вплоть до создания оптических квантовых генераторов, излучение которых, по самому принципу их работы, исключительно монохроматично и обладает высокой степенью про- [c.260]

Когерентность излучения проявляется практически во всех свойствах оптических квантовых генераторов. Исключение составляет, разумеется, полная энергия излучения, которая, как и в случае некогерентных источников, прежде всего зависит от подводимой энергии. Замечательной чертой лазеров, тесно связанной с когерентностью их излучения, является способность к концентрации энергии — концентрации во времени, в спектре, в пространстве, по направлениям распространения. Для некоторых квантовых генераторов характерна чрезвычайно высокая степень монохроматичности их излучения. В других лазерах испускаются очень короткие импульсы, продолжительностью 10 с поэтому мгновенная мощность такого излучения может быть очень большой. Световой пучок, выходящий из оптического квантового генератора, обладает высокой направленностью, которая во многих случаях определяется дифракционными явлениями. Такое излучение можно, как известно, [c.769]

Твердые диэлектрики для оптических квантовых генераторов (лазеров) являются активной средой, представляющей собой кристаллическую или стеклообразную матрицу, в которой равномерно распределены активные ионы (активаторы). Все процессы поглощения и излучения света связаны с переходами электронов между уровнями активного иона, при этом матрица играет пассивную роль. Спектр излучения лазера в основном зависит от типа активного иона. Как вещество кристаллической или стеклообразной основы, так и активаторы должны удовлетворять целому ряду специфических требований. Свойства некоторых лазерных материалов приведены в в табл. 6.7, [c.247]

Лазеры — оптические квантовые генераторы (ОКГ), позволяющие получать электромагнитные излучения чрезвычайно высокой концентрации энергии. Длина волн, генерируемых ОКГ, находится в световом диапазоне от ультрафиолетовой области спектра до инфракрасной (а = 0,1 - 70 мкм). [c.130]

Подлинную революцию в молекулярной спектроскопии совершили оптические квантовые генераторы когерентного излучения — лазеры, впервые созданные в 1960 г. В результате существенно расширились возможности техники спектроскопии (были разработаны разного типа высокоинтенсивные когерентные монохроматические источники света в широком диапазоне длин волн, работающие в импульсном и непрерывном режиме, лазеры, перестраиваемые по длинам волн, и т. д.) качественно изменились многие методики классической спектроскопии (спонтанное комбинационное рассеяние света, флуоресценция, резонансное комбинационное рассеяние света, спектры возбуждения и т. д.) и, самое главное, были созданы принципиально новые методы исследования вещества (обращенное комбинационное рассеяние, когерентное активное комбинационное рассеяние света, внутри-резонаторное поглощение и т. д.). Сейчас еще трудно предсказать все возможности дальнейшего развития лазеров. Ясно одно, что чувствительность, разрешающая способность, временное разрешение и т, д, изменились всего за полтора десятилетия настолько, что многое, казавшееся ранее фантастичным, как, например, регистрация одиночных атомов в газовой фазе, уже реализовано. У лазерной спектроскопии молекул многое впереди. Одной из сдерживающих причин практической реализации ее идей является сложность их внедрения в серийное производство. [c.10]

Оптические квантовые генераторы (т. е. лазеры) генерируют монохроматическое излучение в весьма широком диапазоне длин волн — от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра,— и этот диапазон постоянно расширяется 3]. [c.26]

Чрезвычайно большие возможности открывает применение в оптических экспериментах принципиально новых источников света лазеров (оптических квантовых генераторов). Благодаря использованию вынужденного излучения в таком источнике все возбужденные атомы испускают электромагнитные волны согласованно, подобно тому, как это происходит в антенне радиопередатчика. В результате образуется световая волна, близкая по своим свойствам к монохроматической, — когерентная электромагнитная волна. Особые свойства таких источников света, заключающиеся в способности концентрировать энергию в спектре, во времени, в пространстве, связаны с высокой когерентностью их излучения. Сам факт их существования заставляет по-иному подходить к изучению многих оптических явлений. [c.8]

Для оптической локации используют электромагнитные колебания оптического диапазона (табл. 9.1). К настоящему времени созданы оптические квантовые генераторы, дающие излучение в диапазоне волн примерно от 0,3 до 100. мкм [8], а по обе стороны этого участка лежат еще неосвоенные оптической локацией диапазоны. Инфракрасные лучи непосредственно примыкают к СВЧ диапазону радиоволн с одного конца и к видимому диапазону с другого конца, т. е. занимают довольно широкий участок полосы электромагнитного спектра. По свойствам они не отличаются от видимых лучей, распространяются прямолинейно, преломляются, поляризуются и поглощаются. [c.148]

Рассмотренные спектры поглощения и испускания относятся к классической оптической спектроскопии, обычно имеющей дело с излучением, в котором доля вынужденного весьма мала. Однако широкое развитие лазерной техники привело к тому, что квантовые генераторы внедряются в классическую спектроскопию как мощные источники монохроматического и непрерывного когерентного излучения (см. раздел П, 10), и при работе с ними необходимо учитывать вынужденные переходы. [c.45]

Для создания активной среды необходимо селективное возбуждение ее атомов, обеспечивающее инверсную заселенность хотя бы одной пары их энергетических уровней. Возможны различные способы создания -инверсной заселенности. Поскольку в предшествующем изложении подробно обсуждались процессы излучения и поглощения света, начнем с описания оптического метода селективного возбуждения атомов среды ). Примером оптического квантового генератора, в котором используется оптический метод возбуждения, может служить рубиновый лазер. Отметим, что этот генератор был исторически первым квантовым генератором, излучающим в видимой области спектра (Мейман, 1960 г.). [c.784]

Оптические квантовые генераторы с плавной перестройкой частоты служат основой для спектральных приборов с исключительно высокой разрешающей силой. Пусть, например, требуется исследовать спектр поглощения какого-либо вещества. Измерив величину лазерного потока, падающего на изучаемый объект и прощедшего через него, можно вычислить значение коэффициента поглощения. Перестраивая частоту лазерного излучения, можно, следовательно, определить коэффициент поглощения как функцию длины волны. Разрешающая способность этого метода совпадает, очевидно, с шириной линии лазерного излучения, которую можно сделать очень малой. Ширина линии, равная, например, 10 см" , обеспечивает такую же разрешающую способность, как дифракционная рещетка с рабочей поверхностью длиной 5 м, а изготовление таких больших решеток представляет почти неразрешимую задачу. [c.819]

Оптические квантовые генераторы (ОКГ), или лазеры, дают мощное когерентное излучение, которое невозможно получить при использовании обычных источников света. Если раньше когерентное электромагнитное излучение получалось и широко использовалось только в радиодиапазо не, то с появлением лазеров сфера его применения распространилась и на оптический диапазон спектра. Действие ОКГ основано на явлении вынужденного излучения, которое было открыто Эйнштейном в 1917 г. Идея использования этого явления для усиления света в среде с инверсной населенностью энергетических уровней принадлежит В. А. Фабриканту (1939). Первые квантовые генераторы были созданы в 1954 г. Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и Ч. Таунсом в США. В них использовалось вынужденное излучение возбужденных молекул аммиака на длине волны А,= 1,27 см. В 1960 г. был создан лазер на кристалле рубина, работающий в видимой области спектра (А = 694,3 нм), а в 1961 г. — лазер на смеси газов гелия и неона. В настоящее время имеются самые разнообразные типы лазеров, использующие в качестве рабочих сред газы, жидкости и твердые тела. Мощное и высококогерентное излучение ОКГ находит широкое применение в различных областях науки и техники. [c.278]

Указанные выше новые спектральные приборы, а так ке классические приборы с фотоэлектрической регистрацией и сканированием спектра пригодны лишь для исследования спектров источников. яркость которых остается постоянной во времени в течение всего времени регистрации. По этой причине они 11епригодны для ис-следованпя спектров импульсньгх источников и. в частности, спектров излучения импульсных оптических квантовых генераторов. [c.14]

Научные исследования Б. И. Степанова сосредоточены в области оптики и квантовой электроники. За работы в области молекулярной спектроскопии и разработку теории колебательных спектров многоатомных молекул Б. И. Степанов удостоен в 1950 г. Государственной премии СССР. В 1972 г. Б. И. Степанов удостоен такой же премии за создание оптических квантовых генераторов нового типа — лазеров на красителях с перестраиваемой частотой излучения. В 1976 г. Б. И. Степанову присуждена Государственная премия БССР за разработку методов расчета твердотельных оптических квантовых генераторов. За работы в области люминесценции сложных молекул Президиум АН СССР присудил Б. И. Степанову Золотую медаль им. С. И. Вавилова. Сегедский университет (Венгрия) избрал Б. И. Степанова Почетным доктором университета. [c.3]

Поэтому наиболее широкое распространение получили инертные газы и их смеси. Система энергетических уровней газовых цред значительно проще, чем система атомов, введенных в кристаллическую решетку твердотельных активных веществ. Безызлучатель-ные переходы имеют меньшее значение, чем в твердых телах, однако для перевода активного вещества в возбужденное состояние не имеет смысла пользоваться излучением источника, имеющего спектр абсолютно черного тела, поскольку газ поглощает только иа отдельных линиях. Для возбуждения применяют два других метода возбуждение электронными ударами, и передача возбуждения при столкновении атомов. Первый газовый оптический квантовый генератор, разработанный в 1960 г. [9, 34], имел в качестве активного вещества смесь газов гелия и неона. На их примере и рассмотрим принцип работы газового активного вещества. Схема энергетических уровней показана на рис. 2.3. В газовой смеси электрический разряд, который возбуждает атомы гёлня и переводит их с основного энергетического уровня на уровень 2 5. Поскольку в газовом разряде происходят постоянные столкновения одних атомов с другими, то имеется определенная вероятность столкновения возбужденных атомов гелия с невозбужденными атомами неона, в результате которого атомы гелия передают свою энергию атомам неона, а сами возвращаются в основное состояние. Атомы неона вследствие увеличения внутренней энергии переходят из основного состояния на уровень 25, который, как это хорошо видно на рисунке, состоит из четырех подуровней. Поскольку перераспределение энергии при столкновении двух частиц происходит с минимальным изменением общей внутренней энергии, то атомы неона переходят в основном именно на уровень 2 5, а не на уровень 2Р или 15. Поэтому возникает инверсная населенность уровней 25 и 2Р. Суммарное число этих уровней сорок, но правилами отбора разрешены только тридцать переходов с уровней 25 на уровни 2Р. На пяти из этих переходов было получено стимули- [c.32]

Обработка когерентным световым лучом квантового генератора оптического диапазона. Световой импульс лампы-вспышки ff возбуждает атомы хрома в рубиновом стержне 5, переводя их на более высокий энергетический уровень. После прекращения импульса возбужденные атомы возвращаются к исходному уровню, освобождая энергию в виде излучения в видимой или инфра-краснм части спектра, проявляющегося в форме когерентного светового луча 8, обладающего большой удельной мощностью и способного мгновенно нагревать до весьма высоких температур находящиеся на его пути объекты [c.21]

На протяжении более 25 лет квантовая электроника успешно открьтает и применяет новые механизмы усилешя и генерации когерентных световых пучков. Генераторы с оптической накачкой прежде всего являются преобразователями спектра излучения -чаще всего знергия коротковолнового широкополосного (возможно, некогерентного) излучения накачки перекачивается в длинноволновый монохроматичный генерационный пучок. Кроме того, функцией лазера является формирование пространственной структуры генерируемого когерентного пучка, определяемой модами резонатора. [c.6]

Десять лет тому назад был создан первый квантовый генератор света — лазер. С момента создания первых лазеров работы в области квантовой электроники развернулись в широких масштабах и развивались исключительно быстрыми темпами. Бурное развитие квантовой электроники продолжается и поныне. В результате за короткое время было разработано очень много разных типов лазеров твердотельные лазеры на кристаллах и стеклах, жидкостные лазеры, газовые лазеры (атомные, молекулярные, ионные), полупроводниковые лазеры (инжекционные, с электронным и оптическим возбуждением), лазеры с перестраиваемой частотой, химические лазеры, лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния и др. Созданы импульсные лазеры и лазеры непрерывного действия, даюпхие когерентное излучение в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетового (0,2 мк) до дальнего инфракрасного (538 мк) участков спектра. [c.5]

Классическая оптическая молекулярная спектроскопия, которая внедрена в повседневную практику научных исследований и на промышленных предприятиях, имеет дело со спектрами электрических дипольных переходов, связанных с однофотонным по-глошением (УВИ- н ИК-спектры поглощения) и спонтанным одно- и двухфотонным излучением (УВИ-спектры испускания и КР-спектры). Другие типы взаимодействия излучения с веществом, которые благодаря созданию квантовых генераторов только начинают внедряться в лабораторную практику, мы рассматривать не будем и ограничимся в дальнейшем только использованием лазеров в качестве мощных источников монохроматического излучения для получения классических КР-спектров. [c.51]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...