Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Глава 3. Источники излучения для оптоинформатики
Основными источниками излучения, применяемыми в оптоинформатике, являются лазеры. В этой главе мы рассмотрим физические основы работы лазеров, их типы и возможность использования для целей оптоинформатики. Вторая половина прошлого века ознаменовалась интенсивным развитием оптических методов и средств получения передачи и хранения информации. Основным толчком к бурному росту интереса к этому направлению явилось создание в начале 1960 годов лазеров, генерирующих в видимом диапазоне спектра, появление которых привело фактически к революции в оптике и ее прикладных областях. В разработку лазеров огромный вклад внесли российские ученые, среди них трое, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов и Ж.И. Алферов за это получили Нобелевскую премию. В 1958 г. А.М. Прохоровым и Р. Дике (США) была предложена идея использования открытого резонатора. Первый лазер в оптическом диапазоне спектра – рубиновый - был создан Т. Мейманом (США) в 1960 г., а через полгода А. Джаваном, В. Беннетом и Д. Эрриотом (США) был сконструирован первый газовый лазер. В 1962 г. были созданы первые полупроводниковые лазеры, в которых был использован предложенный в 1961 г. Н. Г. Басовым метод образования инверсии населенностей инжекцией электронов и дырок через p-n -переход. В 70-х годах прошлого века Ж.И. Алферовым были разработаны полупроводниковые лазеры на гетероструктурах, нашедшие широкое применение в системах передачи и хранения информации. Физические основы работы лазеров
Слово “Лазер” является аббревиатурой слов английского выражения “ L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation” – усиление света вынужденным излучением. Для понимания работы лазера необходимо рассмотреть основные принципы взаимодействия излучения с веществом.
Оптическое усиление
Системы атомов, ионов и молекул могут иметь только дискретные энергетические состояния. Переход с одного энергетического уровня на другой сопровождается излучением или поглощением фотона (Рис.1.1).
Рис. 1.1. Два энергетических уровня квантовой системы
Длина волны поглощённого или излученного кванта определяется соотношением Бора.
(1.1) Где E 2 E 1 - два дискретных уровня энергии, n 21 – частота и h = 6.6 ∙ 10-34 Дж∙с – постоянная Планка. Состояние, при котором квантовая система (атом, молекула, ион и др.) наиболее устойчива – когда её внутренняя энергия минимальна, т.е. когда нижние энергетические уровни более заселены, чем верхние. Переход квантовой системы в возбужденное состояние происходит при увеличении ее внутренней энергии, что эквивалентно переходу квантовой системы с основного уровня с минимальной энергией на один из возможных возбужденных уровней. Находящаяся в основном состоянии квантовая система может только поглощать излучение, переходя в возбужденное состояние. В лазерах это достигается использованием внешнего источника накачки, который переводит электроны с нижнего энергетического уровня на верхний. Этим достигается инверсия населённости. Электромагнитная волна на частоте n 21, падающая на инвертированное лазерное вещество (лазерный активный элемент), будет усиливаться, потому что падающие фотоны переводят электроны с верхнего уровня на нижний с излучением дополнительных фотонов. В результате, энергия, взятая из лазерного вещества, добавляется к энергии падающей на него электромагнитной волны. Так создаётся стимулированное излучение.
Если всё это сказать коротко, то когда лазерное вещество возбуждается и количество атомов (или молекул) на верхнем энергетическом уровне больше, чем на нижнем, лазерное вещество становится способным усиливать падающее на него излучение, соответствующей частоты. Вот откуда и появилась аббревиатура “ L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation” – усиление света вынужденным излучением. Из квантовой механики, описывающей взаимодействие излучения с веществом, следует, что стимулированное излучение имеет абсолютно те же параметры, что и стимулирующее (падающее на вещество) излучение: направление, поляризацию, фазу и спектр. Этот факт и определяет экстремально высокую степень когерентности лазерного излучения. Основу теории процесса образования стимулированного излучения создали М. Планк (Рис.1.2) и А. Эйнштейн (Рис. 1.3).
Рис. 1.2. Макс Планк
Рис. 1.3. Альберт Эйнштейн
Рассматривая историю создания лазеров следует отметить большой вклад, который сделали следующие учёные:
• 1900 – М. Планк – M. Planck (квант, постоянная Планка). Свет испускается порциями энергии – квантами E = h n • 1916 – А. Эйнштейн – A. Einstein (вынужденное излучение). Кванты вынужденного излучения неотличимы от первичных: частота, фаза, поляризация, направленность. • 1924 – Ш. Бозе – Bose, А. Эйнштейн (статистика фотонов) • 1927 – П.А.М. Дирак – Dirac (квантовая теория) • 1954 – Ч. Таунс-Townes, А. Шавлов –Schawlow (мазер- • Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) • 1954 – Н.Г. Басов и А.М. Прохоров (мазер) • 1960 – Т. Мейман –Maiman (рубиновый лазер), Е. Снитцел – Snitzel (Nd:glass лазер) • 1961 – А. Джаван (He-Ne лазер) • 1962 – Р. Холл –Hall (полупроводниковый GaAs лазер) • 1968 – Ж.И. Алферов (гетероструктуры)
Советские учёные Н. Г. Басов и А. М. Прохоров совестно с американским учёным Ч. Таунсом за создание лазеров были награждены Нобелевской премией 1964 года. Фотографии этих учёных представлены на рисунке 1.4.
Рис. 1.4. Нобелевские лауреаты 1964 года
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-03-10; просмотров: 81; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 13.58.121.131 (0.009 с.) |