¿Cómo se produce el láser?

Láseres un gran invento en el siglo XX, y se llama el cuchillo más rápido, la regla más precisa y la luz más brillante. Láser (amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación), que significa amplificación de luz de radiación estimulada, describe el principio degeneración láser. A continuación, echemos un vistazo a cómo se produce el láser.

Base teórica del láser

La teoría de la radiación estimulada es la base de la generación láser, que fue presentada por Einstein en 1917. Hay dos niveles de energía S1 y S2 en el medio de ganancia láser, que corresponde al estado de energía inferior y al estado de energía superiorde la transición láser respectivamente. La diferencia de energía E2 - E1 entre ellos es igual a Hν. Cuando el sistema está en el nivel de energía S1 e irradiado por fotones con energía Hν, tiene una cierta probabilidad de absorber los fotones y la transición al nivel de energía S2. Este proceso se llama absorción estimulada. Cuando el sistema está en el nivel de energía S2, existe una cierta probabilidad de que salte al nivel de energía S1 y libere el fotón fluorescente Hν. Este proceso se llama emisión espontánea. Si el sistema está en el nivel de energía S2 e irradiado por Hν, tiene una cierta probabilidad de liberar un fotón con la misma frecuencia, fase 1 y dirección de propagación que el fotón incidente. Este proceso se llama radiación estimulada. Si dicho medio de ganancia que contiene una gran cantidad de moléculas en el nivel de energía S2 se coloca entre dos espejos paralelos opuestos, algunos fotones de fluorescencia perpendiculares a los espejos pueden amplificarse mediante radiación estimulada para formar oscilación autoexcitada, emitiendo así la luz láser. El elemento óptico en el extremo izquierdo de la cavidad resonante se llama acoplador de salida, que es equivalente a una superficie reflectante con una cierta transmitancia, y es la salida del láser en la cavidad resonante.

La clave para la generación láser

En general, la radiación estimulada es tan débil que es incluso difícil de observar, y mucho menos usarla para generar láser. Cuando una sustancia está en equilibrio térmico, la distribución de moléculas en los niveles de energía obedece la distribución de Boltzmann. El número de partículas N1 en el estado de energía inferior S1 es mucho mayor que el número de partículas N2 en el estado de energía superior S2, y la absorción de fotones Hν es mucho mayor que la de la radiación estimulada, por lo que es imposible realizar señales ópticas macroscópicamente. La clave de la generación láser se encuentra en la inversión del número de partículas, de modo que n2> n1. En la actualidad, cuando funciona el láser, es necesario adoptar el método apropiado de excitación (bombeo) para realizar la inversión del número de partículas en un nivel de energía específico.

Tomando láser de tinte como ejemplo, este documento presenta cómo realizar la inversión del número de partículas. El medio de ganancia de láser es la solución de tinte orgánico. Los tintes de uso común incluyen cumarina en bandas azules y violetas, rodamina en bandas rojas y amarillas, etc. La transición láser de colorantes orgánicos ocurre principalmente en las bandas de energía de los estados singletes S0 y S1. Estas dos energíaLas bandas están compuestas por muchos niveles de energía rotacional y vibratoria, que pueden considerarse continuos debido a la ampliación de la colisión en solución. En el proceso de generación láser, las moléculas de tinte se irradian por la luz de la bomba a la transición del nivel de energía inferior de la banda S0 a la banda S1, y luego la transición rápidamente al nivel de energía inferior de S1 a través de la no radiación, es decir, es, es, es El estado de energía superior de la transición láser. En la transición láser, las moléculas se transforman al nivel de energía especificado en la banda de energía S0 y la liberación de los fotones, y luego la transición rápidamente al nivel de energía inferior de la banda de energía S0. Debido a que el estado de energía superior S2 de la transición láser tiene una larga vida ser realizado. Al mismo tiempo de la generación de láser, las moléculas de tinte cruzan entre los sistemas de generación de banda S1, ingrese al sistema de triplete con una larga vida útil en T1 y dejen el ciclo de transición del láser, lo que afecta la eficiencia del láser. Por lo tanto, cuando funciona el láser de tinte, es necesario reciclar la solución de tinte.

La longitud de onda del láser

Muchos láseres tienen una buena monocromaticidad, es decir, el ancho de banda espectral de la luz de salida es estrecha. Si el espectro de salida del láser es estrecho o no está relacionado con los siguientes factores. En primer lugar, el medio de ganancia láser y el modo de bombeo determinan qué fotones de banda de longitud de onda se pueden amplificar. Ganar medios como láser de gas, láser excimer y láser ND: YAG, que tienen niveles de energía escasos y distribución de energía estrecha, producen un láser con ancho de línea estrecho. En segundo lugar, la monocromaticidad del láser puede ajustarse por la cavidad resonante. Si es necesario producir láser con buena monocromaticidad, es necesario establecer la atenuación de diferentes componentes espectrales en la cavidad resonante para amplificar componentes espectrales específicos.