5. Лезеры. Квантовая электроника изучает методы усил-я и генерации электромагн-х колебаний с использ-ем вынужденного излучения квантовых систем.

Создание лазеров стало возможным в результате реализации 3х фундам-ых физич-х идей: вынужденного излучения, создание термодин-ки неравновесной инверсной населенности энергетических уровней атомов и использования положительнойой обратной связи.

Распределение частиц по энергетическим уровням описывается законом Больцмана.

, Ni-число атомов, нах-ся при темпер-ре Т в состоянии с энергией Ei;

k-постоянная Больцмана;

с-коэффициент пропорциональности.

Возбужденные молекулы/атомы способны излучать фотоны люминесценции. Такое излучение наз-ся спонтанным процессом. Оно случайно и хаотично по времени, частоте, по направлению распространения и поляризации. Др. излуч-е – вынужденное или индуцированное – возникает при взаимодействии фотона с возбужденной молекулой, если энергия фотона равна разности соответствующих уровней энергии. При индуц-м излучении число переходов, совершаемых в сек., зависит от числа фотонов, попад-щих в в-во за это же время, т.е. от интенсивности света, а также от числа возбужд-х мол-л.

Вторая идея, реализуемая при создании лазеров, заключается в термодинамически-равновесных с-тем. Для того, чтобы процесс вынужд-го излуч-я преобладал над поглащенным, нужно изменить распредел-ние атомов облуч-мого в-ва по энерг-м уровням. Состояние среды, в к-м хотя бы для 2х энергет-х уровней оказывается, что число частиц с большей энергией превосходит число частиц с меньшей энергией, наз-ся состоянием с инверсной населенностью уровней, а среда – активной. Именно активная среда , в к-й фотоны взаимодействуют с возбужденными атомами, вызывая вынужденные переходы на более низкий уровень с испусканием квантов индуцированного излучения, является рабочим в-вом лазера.

Состояние с инверсной населенностью можно создать, отбирая частицы с меньшей энергией или спец-но возбуждая частицы, н-р, светом или электрическим разрядом. Само по себе состояние с отрицательной температурой долго не существует.

В 1960 был создан первый квантовый генератор видимого диапазона излучения – лазер с кристаллом рубина в качестве рабочего в-ва (активной среды). Лазер – спецефический источник света, основна на использовании вынужденного излучения. Все огромное многообразие лазеров можно классифицировать по видам раб-го в-ва: газовые, жидкостные, полупроводниковые, твердотелые лазеры. По хар-ру свечения лазеры разл-т импульсные и непрерывные.

Рассмотрим принцип работы твердотел-го рубинного лазера. Рубин – это кристалл окиси Al,содержащий в виде примеси примерно 0,05% ионов Cr. Возбужд-е ионов Cr осуществляют методом оптической накачки с помощью импульсных источников света большой мощности. Рубиновый лазер работает по 3х-уровной схеме.

Очень распростр-м газовым лазером явл-ся гелий-неоновый, возбуждение в к-м возникает при электр-м разряде. Основным конструктивным элементом такого лазера является газоразрядная трубка (d=7). В трубку вмонтированы электроды для созд-я газового разряда и возбуждения He.

Особенности лазерного излуч-я: высокая монохроматичность (узость спектра λ≤1нм), бол-я мощность, однонаправл-сть – малая расходимость когерентность (постоянство разности фаз в волне. Временная и пространственная). Особенности лазерн-го излуч-я не по помогают проводить эффект-е терапевтич-е процедуры, может вызвать осложнения (коварная роль когерентности).

Широко примен-ся лазеры в: онкологии, стоматологии, офтальмологии, хирургии дерматологии. Все лазеры, используемые в медецине, условно подразделяют на 2 вида: низкоинтенсивные – терапевтические и высокоинтенсивные – хирург-е.