И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 361
Текст из файла (страница 361)
уровни иона Сг", внедренного в решетку 1116 ЛАЗЕР 563 Не 28— ) 22— 3 Рнс. Э Прннннпвмзьная схсьы энсргепзч уровн й рубнва Пзрелкамн сверк указано аоглошснне ввергая накачки )мм сгрслкамв вннз - бсэыз,зучвт перекопы двойная «нпня л.гзерный переход на частоте тм Ьчи 1я — )$ ) !112 1117 зб' корунда а-А1,О, (рис. 5). В результате поглощения излу- ЧЕНИЯ )Грэг ШИРОКОПОЛОСНОЙ ГаЗОРаЭРКДНОй ЛаМПЫ ИОНЫ Сгз переводя гся нз основного сох ) мял ия ! в возбужденное состояние 3, представляющее сооой довольно широкую полосу энергстич. уровней.
Затем сравнительно быстро происходит передача части энергии возбуждения решетке кристаляа и безызлучат. переход Сгээ в состояние 2, из к-рого самопроизвольный переход в основное состояние 1 происходит сравнительно медленно (время жизни возбужденного состояния тэ, 10"' с). Инверсия населенности возникнет, если в состоянии 2 окажется более половины всех ионов Сг". Прн концентрации Мэ ионов Сг'" в кристалле порядка 10' см ' это достигается, если энергия, поглощаемая за 1 с в 1 см' рубина (ул. мощность накачки), составляет Р„= /туз э Мэ т,,' ~ 1О Вт)см'. Сечение о перехода 2 ! в рубине таково, что для генерации когерентного излучения на длине волны 0,69 мкм достаточно выполнениЯ УсловиЯ: (Агх)дэ — Мз)дг) 1О" см ' пРи длине кристалла 1О см и коэффициейте г 90%.
На практике применяют кристаллы рубина, представляющие собой цилиндрич. стержни длиной !Π— 30 см и диаметром -! см. Аналогична схема накачки для Л. на основе стекол и иттрий-алюминиевого граната, активированных )ь)с), и нек-рых др. твердотельных Л., в к-рых для создания инверсной населенности используют энергетич.
уровни примесных ионов, Оптич. накачку применяют также в Л. на красителях (жидкие активные среды) и ряде др. Др. схема оптич. накачки основана на том, что прн поглощении широкополосного спектра излучения происходит фотолиз молекул с появлением радикалов и возбужденных атомов, посяедние и образуют активную среду Л, Напр., при фотолнзе молекулы СзГт( под действием УФ излучения с длиной волны 200 — 250 йм возникает возбужденныи атом ! в состоянии Р, Сэру! + АУ Сэру + !( Р,ж) При переходе атома 1 в состояние *Р излучается фотон с члиной волны 1,315 мкм: !( Рз)э) + яй У (и + 1))) У + !( Рзы) Электронный удар применяют в осн. для накачки газовых Л. Накачка основана на возбуждении атома при его соударении с электроном, обладающим достаточно большой кинетич. энергией.
Напр., в Не-Не-Л. происходят след. процессы (рис. б): Не(1'5) + е Не' + е, Нс(! гл) + с -ь Не' + 2е, где 1'5-осн. состояние атома Не, а Не'-одно из его возбужденных состояний. Релаксация энергии возбуждения и рекомбинация ионов с электронами протекают в этой системе таким образом, что возбужденныс атомы Не' скапливаются яа метастабильных уровнях 2'5 и 2'5. Инверсная населенность получается при передаче энергии возбужденна от Не к Не, уровни к-рого 35 и 25 близки по энергии к 2'5 и 2'5 уровням Нс: Нс(2'5) + Хе(15) Не(1'5) 9 )ь)с(35) Не(2з5) + Хе[15) Не(1'5) + )Чс(2л) Переходы 35 ЗР, 35 -э 2Р или 25 2Р в )ь)е используются для генсрнцян когсрснтного излучения на длинах волн 3,39, О,б3 или 1,15 мкм соответственно.
32 28 о Зр рнс 6 Схема мск ро ых уровней Нс н Кь ясноаьзус д я накачка. Не Мсозазерп элек ропп» уд р м 2Р в гмопом разряде Электронный удар применяют также лля накачки СО,- и СО-лазеров, Л. на парах металлов, эксимерных (точнее, эксиплексных), а также нек-рых полупроводниковых Л. Те плов а я накачка Л.
происходит при быстром охлаждении сильно нагретых газовых смесей. Прн надлежащем подборе компонентов смеси удается найти такие системы энергетич. уровней частиц, в к-рых нижележащие уровни похлаждаются» (опустогпаются) быстрее, чем вышеясжащис. Это приводит к образованию инверсной населенности. Практически наиб. удобный способ охлаждения -свсрхзвуковос истечение газов через сопло; наиб.
удачные активные среды-смесн )Чэ-СО -Не и )х)э-СОэ-НэО. Л. с тепловой накачкой на этих активных срелах наз. тепловыми газодинамич. Л. О химической накачке см. Патеры химические. Инжекция носителей тока через Р-н-переход-осн. способ накачки полупроводниковых Л. Активная среда представляет собой кристалл-полупроводник, сосгошций из областей р- и и-типа (рис. 7). Между этими областями возникает контактная разность потенциалов, уравновешивающая потоки носителей из одной части в другую; рнс 7 Ннмсхпнозпзый полупровод. елковой лазер Область погенпналь+ ного барьера)у- -о р х д )мштрям «апа !ч-) к ) — )-коотактм Лля прпловсння в пряпеная Лазерное нзлученке Ь нс равлеао пермнллх)лярна шэос«остн рнсунмх (волн»стая мппы со с релкой) электрич.
ток через контакт равен нулю. Если к образцу приложить электрич, напряжение, равное по величине контактной разности потенциалов, возникнут потоки носителей нанстречу друг другу н их рекомбинация с испусканием фотонов. Зеркалами оптич. резонатора в таком Л. служат хорошо отполированные плоскопараллельныс грани самого кристалла. Наиб.
совершенные инжекционныс Л. представляют собой более сложную структуру (гетероструктуру). Важная особенность инжекционных Л. — их миниатюрность; длина активной зоны обычно носк. мм, рабочая часть Р-л-перехода имеет размеры в направлении протекания тока 1 мкм, поперечный размер †обыч 1 мм. Типы Л. и их применение. Л. можно классифицировать по типу активной среды (твердотельные, в т.ч.
полупроводниковые Ло газовые, Л, на жидких красителях и т.п.), по способу накачки нлн по др. признакам, однако ни одна из таких классификаций не является однозначной. По совокупности нек-рых признаков (тип среды, способ накачки, режим работы, мощность генерируемого излучения и др,) удобно выделить след. Лл 1. Твердотельные Л.
на стеклах и 564 ЛАЗЕРНАЯ иттрий-алюминиевом гранате (ИДГ-Л ), активированных 194 (длина волны генерируемого изтзчсния Х = 1,06 мкм), рубиновые Л (й =- 0,69 мкм) Испозьз)ют опгич накачку с помощью газоразрядных ламп. возможна работа Л в импульсном и импульсно-периодич рех имах (стекла и рубин, для ИДГ-Л возможен и непрерывный режим работы) Энергия, генерируемая в рахиме одиночных импульсов ллительностью до 10 ' с мох ег достигать 10' Дж за импульс с одного стержня стех за активированного !40 Уникальные установки на этом материале могут генерировать до 100 кДж за импульс ллитстьностью 1О ч с Мощность ИАГ-Л в непрерывном режиме может достигать сотен Вт 2 Электроразрядныс 7 низкого давления на смесях благородных газов (Нс Хс Не-Хе и др) Маломошныс системы, генсрирзюшпе излучение высокой монохрома тичности и направзенности Наиб применение получил Нс — Ые-Л (г = 0628 и 3,39 мкм) 3 Полупроводниковые Л Налачла инжекцисй носителей тока через р л пе рсход ити гетсропереход, а также облучением пов стн полупроводнила эзеьтронным пучком Возможна и оптич накачка хотя широкого распространения полупроводии ковые Л с опгич накачкой не получили Инжекционныс Л миниатюрны имеют большой кпд, могут работать в им путьсном и непрерывном режимах На основе твердых р-ров, напр системы Оа ! !п ! Аг )БЬ, можно получить излучение в дальнем, среднем и ближнем ИК диапазонах (;пина ватны от 0,6 до 6 мкм) Л с электронной накачкой генсриртют излучение в ближнем ИК и во всем видимом лиапазонах 4 Ы, СО, и 19з-СО-Л (Х = 9-11 мкм лля СО, и 5 6 мкм для СО) !!акачзка электрич разрядом, практически достижимая мощность излучения в непрерывном режиме-более десятка кВт, возможны также импульсный и импузьсно периодич режимы работы 5 Ионный арго- новый Л непрерывного действия (Х = 488 и 5!4 мкм) Налачка электрич разрядом, мощностью до песк десятков Вз.
6 Л на парах мсталлов (Сп, Сс(, Бс, бп и др) в смеси с Нс Накачка электрич разрядом Наиб перспективен медный Л (й = 510 нм), режимы работы импульсно-псриодич и непрерывный, мощность излучения-десятки Вт 7 Экси мерные Л иа смеси благородных газов с фтором, хлором, фторидами Накачка сильноточным электронным пучком или поперечным электрич разрядом Генерирует излучение в УФ диапазоне, режим работы импульсный 8 Фотодиссоциационныс Л Наиб распространение получил иодный Л (Х = 1,315 мкм), ра ботаюший в режиме мощных одиночных импульсов 9 Л иа жидких красителях, накачка оптическая с помощью газоразрядных ламп или Л др типов Главное преимушество перед др ~илами Л возможность плавной перестройки частоты в широком диапазоне !О Х им Л со смесью газов в качестве активной среды Генерируется излучение широкого спектра в ближнем ИК диапазоне Осн преимущество-возможность получения непрерывного излучения боэьших мощностей (сотни кВт) и энергий в импульсе (десятки кДж) 1! Газодинамич Л с тепловой накачкой Осн рабочал смесь-Ыз СОз-Не или Ыз СОз — Н,О излучающая молекула — колебательно возбужденный СО,, возможно получение мощностей излучения порядка сотен кВт Разработаны Л с излучающими мелеву'1ачи СО, С8„19зО 12 Л на св об электронах Перспективная система, широко обсуждаемая в литературе, практически используемых систем в оптич диапазоне пола нет !3 Л рентгеновского д на п а з он а Пока разработаны только лаб варианты с гснерированием излучения Х 20 нм 14 Гамма-лазеры на ядерных переходах пока нс осущсствдсиы Применение Л чрезвычайно широко и опредедяется св-вами генерируемого излучения Так, большая частота (в сравнении с радиодиапазоном) и высокая монохроматичность излучения обеспечивают возможность передачи на большие расстояния по световодам бодьших объемов информации Прслполагается, что лазерно-волоконная связь станет в ближайшем будущем доминирующей 1119 Используют в осн полупроводниковые Л На высокой когсрснтности лазерного излучения основано применение Л для получения объемных изображений (голография) Большие мощности излучения в непрерывном и импульснопсриодич режимах и возможность фокусировки лазерного луча в пятно требуемого размера обусдовливают использование Л для резки и сварки материалов, обработки и закалки пов-сти Используют в оси твердотельные Л на люминесцирующих средах, газовые Л высокого давления (Ы,-СО, и Н,-СО), газодинамич Л с тспчовой накачкой Быстро расширяется применение Л в медицине, гл обр в офтальмологии (ддя приварки сетчатки глаза и при др операциях), в хирургии — в качестве скальпеля, чзо особенно эффективно при операциях на кровснасыщснных органах, для стерилизации ран, для эндоскопии внутр органов и остановки внутр кровотечений Используют в осн Л рубиновые, аргоновыс, на парах меди, иттрий-алюминиевом гранате, Ы, СО, В метрологии Л используют для создания единого оптич с~андарта длины времени В час~ности, с помощью спец образом стабилизированного по частозс Не Ые Л удалось на два порядка улучшить точность измерения д чины по сравнению с криптоновым эталоном Применяю~ Л лля управления хим и биол процессами (см Лазерная зинич), для зондирования атмосферы, в вычислит технике для записи и считывания информации, в быту-в звуко- и видеовоспроизводящих устройствах высокого качества Революционизирующее влияние оказадо применение Л в разл обласзях науки На принципиально новую основу наставлена спектроскопия (см Лазерная <пектрагкапия), появились новые области на)ки и техники нелинейная оптика, оптоэлектроника, интегральная оптика Разрабатываются способы иэаталаа разделения с использованием Л на красителях, Ыз-СОГЛ и ряда других, системы для проведения экспериментов по зазорному термоядерному синтезу (ЛТС) Л Кв н очи элтхтраанхз М ~тьз 1мр Ма ин «твчнхтанелнх1 Спщапннх о алирхм чол Гед А М Прозарачз ыр с и~гх М |978 Ошах д Ко( Р Родс у Лз)юлзч техника гея с хнг; и 1Чаа Ор мг а ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, раздел оптич спектроскопии, изучающий полученные с помощью лазера спектры испускания, поглощения, рассеяния Л с позводяет исследовать в-ва на атомно-мол уровне с высокой чувствительностью, избирательностью, спектральным и временным разрешением В зависимости от типа взаимод света с исследуемым в вом, методы Л с подразделяют на линейные, основанные на одноквантовом линейном взаимод, и нелинейные, основанные на нелинейном одноквантовом или многоквантовом взаимодействии В спектральных приборах используют лазеры с перестраиваемой частотой -от далекой ИК области до вакуумного УФ, что обеспечивает возбуждение почти любых кван~оных переходов атомов и молекул Перестраиваемые лазеры с узкой подосой излучения, в частности, инжекц лазеры в ИК области и лазеры на красителях в видимой области (а в сочетании с нелинейным преобразованием частоты — в ближней УФ и ближней ИК областях) дают возможность измерять истинную форму спектра поглощения образца без к -л влияния спектрального инструмента Испоэьзование перестраивасмых лазеров повышает чувствительность всех известных методов спектроскопии (абсорбционных, флуоресненции и ~ д ) как для атомов, так и для молекул На основе таких лазеров были разработаны принципиально новые высокочувствит методы анутрареэааатарнаа лазерной спектроскопии, когсрентно~ о антиох оксова комбинац рассеяния (см Комбинационного раггечлия гпектраскалия), резонансной фотоионизационной Л с Последний метод основан на резонансном возбуждении частицы импульсным лазерным излучением, часто~а л рого точно настроена на частоту резонансного перехода, и последующей ионизации возбужденной частицы путем погзощсния одного или носк 1120 фотонов из дополнит, лазерного импульса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
