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LáserEs un gran invento en el siglo XX, y se llama el cuchillo más rápido, la regla más precisa y la luz más brillante. El láser (amplificación de 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.
La teoría de la radiación estimulada es la base de la generación de láser, que fue presentada por Einstein en 1917. Hay dos niveles de energía S1 y S2 en el medio de ganancia láser, que corresponden al Estado de Energía inferior y al estado de energía superior
De 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 fotones y pasar 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 tal medio de ganancia que contiene un gran número de moléculas a 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 una oscilación autoexcitada, emitiendo así 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.
Generalmente, la radiación estimulada es tan débil que incluso es 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 a 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 del láser radica en la inversión del número de partículas, de modo que N2>N1. En la actualidad, cuando el láser funciona, es necesario adoptar el método de excitación (bombeo) apropiado para realizar la inversión del número de partículas a un nivel de energía específico.
Tomando como ejemplo el láser de tinte, este artículo presenta cómo realizar la inversión del número de partículas. El medio de ganancia del láser es la solución de tinte orgánico. Los tintes comúnmente utilizados incluyen cumarina en bandas azules y violetas, rodamina en bandas rojas y amarillas, etc. La transición con láser de tintes orgánicos ocurre principalmente en las bandas de energía de los Estados singlete S0 y S1. Estos dos energía
Las bandas se componen de muchos niveles de energía rotacional y vibracional, que pueden considerarse continuos debido al ensanchamiento de colisiones en la solución. En el proceso de generación de láser, las moléculas de tinte son irradiadas por la luz de la bomba para pasar del nivel de energía inferior de la banda S0 a la banda S1, Y luego transición rápidamente al nivel de energía inferior de S1 a través de la no radiación, es decir, el Estado de energía superior de la transición del láser. En la transición del láser, las moléculas pasan al nivel de energía especificado en la banda de energía S0 y liberan fotones, y luego pasan rápidamente al nivel de energía inferior de la banda de energía S0. Porque el estado de energía superior S2 de la transición del láser tiene una larga vida útil, mientras que la vida útil de S1 es muy corta, y bajo la acción de la luz de la bomba, una gran cantidad de moléculas se excitan al estado de energía superior S2, por lo que se puede realizar la inversión de población. Al mismo tiempo de la generación de láser, las moléculas de tinte cruzan entre los sistemas de generación de bandas S1, ingresan al sistema de triplete con una larga vida en T1 y abandonan el ciclo de transición del láser, lo que afecta la eficiencia del láser. Por lo tanto, cuando el láser de tinte funciona, esNecesario reciclar la solución de tinte.
Muchos láseres tienen buena monocromaticidad, es decir, el ancho de banda espectral de la luz de salida es estrecho. 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 pueden amplificarse. Medios de ganancia como el láser de gas, el láser excimer y el láser Nd:YAG, que tienen niveles de energía escasos y una distribución de energía estrecha, producen naturalmente láser con un ancho de línea estrecho. En segundo lugar, la monocromaticidad del láser puede ser ajustada 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.
