- •Квантовые приборы оптического диапазона (лазеры).
- •«Оптические резонаторы»
- •Газовые лазеры
- •Принцип действия He-Ne лазера.
- •Устройство He-Ne лазера.
- •«Устройство гелий-неонового лазера»
- •Параметры и характеристики He-Ne лазеров.
- •Газодинамический лазер (гдл).
- •Твердотельные лазеры
- •Принцип действия рубинового лазера.
- •Энергетическая диаграмма рубина
- •Устройство рубинового лазера.
- •«Устройство рубинового лазера»
- •Полупроводниковые лазеры
- •Принцип действия инжекционного лазера.
- •Устройство инжекционного лазера.
Квантовая и оптическая электроника. Лекция №10
Квантовые приборы оптического диапазона (лазеры).
Оптическими квантовыми приборами называют приборы, использующие явления индуцированного излучениядля генерации или усиления электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне: ультрафиолетовой (0,010,38 мкм), видимой (0,380,77 мкм) и инфракрасной (0,77340 мкм) области спектра.
Классификация.1.По характеру рабочего вещества:
1. газовые (гелий-неоновый лазер, газодинамический)
2. твердотельные (рубиновый лазер)
3. полупроводниковые (инжекционный лазер)
2. По способу возбуждения активного вещества:
1. за счет оптического излучения
2. потоком электронов
3. солнечной энергией
4. химической энергией и т.д.
3.По режиму работы:
1. импульсный
2. непрерывный
4. По характеру излучаемой энергии:
1. монохроматический (излучение лазера сосредоточено в узком интервале длин волн)
2. широкополосный (излучение лазера сосредоточено в широком интервале длин волн).
Б
Рис.1
Система накачки применяется для создания инверсной населенности. Принцип накачки определяется в основном физическими свойствами активного вещества, и поэтому эта система выбирается применительно к каждому типу лазера.
Большенство лазеров работает при температурах жидкого гелия (4,2К) или жидкого азота (77К). В этих случаях используется система охлаждения активного вещества.
Рассмотрим подробнее основную часть лазера - оптический резонатор, который представляет собой пару отражающих элементов, обращенных друг к другу. В качестве отражающих элементов используют плоские зеркала (рис. 2, а), сферические или параболические зеркала (рис. 2,б), призмы полного внутреннего отражения (рис. 2, в) или комбинацию этих элементов (рис. 2, г).
У
Рис.2«Оптические резонаторы»
словиярезонанса
в
оптическом
резонаторе
в
общих
чертах ничем
не
отличаются
от
подобных
условий
в
других
резонансных системах.
Стоячая
волна
образуется
в
резонаторе
при
условии,
что на
его
длине
L
укладывается
целое
число
полуволн.
Таким
образом,
резонансные
длины
волн
равны: n=2L\n
, где: n = 1, 2, 3.
Для получения резонанса необходимо, чтобы расстояние L между отражающими элементами было равно целому числу длины волны генерируемого излучения. Следовательно, для резонансных частот можно записать: n=c*n\2L ,где: с -скорость света. Расстояние между соседними резонансными частотами равно: =c\2L
О
Рис.2
Резонансные частоты оптического
резонатора
Q = 2L\, где: - коэффициент суммарных потерь в резонаторе.
Газовые лазеры
Газовые лазеры ─ оптические квантовые генераторы (ОКГ), в которых активной средой является газ или смесь газов, состоящая из атомов, ионов или молекул (Криптон (Kr), Аргон (Ar), Гелий (He), Неон (Ne) и т.д.).
В зависимости от того, состояния каких частиц используют для получения инверсии населенностей, различают атомные, ионные и молекулярные лазеры. Рассмотрим газовые лазеры на примере He-Ne лазера.