Лазеры - устройство и принцип работы.

Это устройство, преобразующее разл. виды энергии (электр., световую, хим., тепловую) в энергию когерентного эм излучения оптического диапазона. Устройство л. Зависит от его назначения, режима работы, диапазона генерируемых длин волн, уровня генерируемой мощности и энергии. Любой Л. должен состоять из 3-х элементов: устройства, поставляющего энергию для переработки ее в когерентное излучение; активной среды, к-рая ‘’вбирает’’ в себя эту энергию и переизлучает ее в виде когерентного излучения; устройства, осуществляющего обратную связь.

В лазерных устройствах широко используются оптические резонаторы, состоящие чаще всего из двух плоскопараллельных или сферических зеркал. Оптические резонаторы обеспечивают необходимую для лазерной генерации положительную обратную связь и позволяют повысить плотность мощности светового поля до уровня, при котором происходит эффективный съем энергии с активной лазерной среды. Геометрия резонатора во многом определяет структуру лазерных пучков.

Схема лазера приведена на рис. 2. Газоразрядная трубка Т наполнена смесью гелия и неона. Торцы трубки закрыты плоскопараллельными стеклянными или кварцевыми пластинками П и П 0, установленными под углом Брюстера к оси трубки. Излучение,

распространяющееся вдоль оси трубки и поляризованное в плоскости падения света, не испытывает потерь на отражение. Вследствие этого лазер генерирует линейно поляризованное излучение. На рис. 2 стрелками отмечено направление колебаний электрического вектора электромагнитной волны.

Активная среда (смесь гелия и неона), помещённая в оптический резонатор, способна усиливать световые волны. Усиление происходит вследствие явления индуцированного (стимулированного) излучения возбужденных атомов Ne под действием световой волны. Волны с ре­зонансными частотами (2). отражаясь от зеркал 3 и 3' и распростра­няясь в активной среде, стимулируют когерентное излучение возбуж­дёнными атомами электромагнитных волн с той же частотой и фазой. При этом волны, существующие в резонаторе, складываются с волна­ми, которые излучают атомы, что приводит к когерентному усилению излучения внутри резонатора.

Оптический резонатор, как и любой другой, имеет потери. В нашем случае они обусловлены главным образом уходом излучения через зер­кала. Условием возбуждения генерации света является превышение уси­ления над потерями. Это условие выполняется для электромагнитных волн с большой амплитудой, частоты которых расположены вблизи мак­симума доплеровского контура линии. Генерация света возможна, если интенсивность излучения среды превосходит некоторый порог генерации (рис. 1). Порог генерации определяет диапазон частот 2AF, в пределах которого возможна генерация излучения. Величина порога зависит от потерь излучения в резонаторе и параметров активной среды: состава газовой смеси, тока разряда и т. д.

- межмодовое расстояние; доплеровское уширение;

Рассмотрим спектральный состав излучения лазера. Условие возбуж­дения генерации может быть одновременно выполнено для нескольких колебаний с резонансными частотами . которые расположены в пре­делах диапазона генерации 2AF внутри доплеровского контура линии. В этом случае лазер будет генерировать сразу несколько световых волн с различными частотами. Каждую такую волну называют модой (точ­нее. продольной модой). Межмодовое расстояние (в единицах частоты) равно

Где - оптическая длина резонатора. Поперечные моды группируются около продольных, являясь своеобразными их сателлитами. Каждая мода имеет свое пространственное распределение поля в резонаторе и полного перекрытия мод не происходит.

Число одновременно генерируемых лазером продольных мод N можно оценить как

4. Для генерации ультракоротких импульсов применяют активные среды с большой шириной линии. Для генерации ультракоротких импульсов необходимо согласовать фазы отдельных мод. При надлежащем подборе фильтра и его положения в резонаторе можно получить гигантский импульс, состоящий из последовательности ультракоротких импульсов. Свойства лазерного излучения. 1) временная и пространственная когерентность, 2) строгая монохроматичность, 3) большая плотность потока энергии, 4) очень малое угловое расхождение в пучке.

 

Дуализм явлений микромира.

Гипотеза Планка. Планку удалось найти вид функции u(, Т), в точности соответствующий опытным данным. Для этого ему пришлось допустить, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых пропорциональна частоте излучения: Формула Планка. . Эта формула точно согласуется с экспериментальными данными во всем интервале частот от 0 до . В случае малых частот формула Планка переходит в формулу Рэлея-Джинса

Фотоэффект. Фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Это явление было открыто Герцем. Он заметил, что проскакивание искры между шариками разрядника значительно облегчается, если один из шариков осветить ультрафиолетовыми лучами.

Принцип неопределенностей. Неопределенности значений х и удовлетворяют соотношению . Аналогичное соотношение, имеет место для у и р_у, для z и , а также для ряда других пар величин (наз. канонически сопряженными). Обозн. канонически сопряженные величины буквами А и В, можно написать Это соотношение наз. соотношением неопределенности для величин А и В. Его открыл Гейзенберг. Утверждение о том, что произведение неопределенностей значений двух сопряженных переменных не может быть по порядку величины меньше постоянной Планка . Наз. принципом неопределенности Гейзенберга. Энергия и время являются канонически сопряженными величинами. Поэтому для них также справедливо соотношение неопределенности: . Это соотношение означает, что определение энергии с точностью должно занять интервал времени, равный по меньшей мере . Де-Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не является особенностью одних только оптических явлений, но имеет универсальное значение. Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де-Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от одной картины к другой, какие справедливы в случае света. Фотон обладает энергией и импульсом . По идее де-Бройля, движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, длина волны которого равна (1), а частота Гипотеза де-Бройля вскоре была подтверждена экспериментально.

Фазовая скорость волн де Бройля превышает скорость света в вакууме и является функцией k (дисперсия).Групповая скорость волн де Бройля: где v — скорость частицы. Дисперсия приводит к тому, что группы волн де-Бройля (волновые пакеты) расплываются со временем.