Лазери - принцип дії, властивості, основні типи

Принципи дії лазерів

Слово лазер (laser) є акронімом слів: light amplification by stimulated emission of radiation (посилення світла шляхом вимушеної емісії випромінювання)

Всі лазери є оптичними підсилювачами, які працюють шляхом збудження активного середовища, розміщеного між двома дзеркалами, одне з яких є напівпрозорим і пропускає частину випромінювання.

Активне середовище – сукупність спеціально підібраних атомів, молекул або іонів, які можуть бути в газоподібному, рідкому або твердому стані і які при збудженні шляхом дії нагнітання будуть генерувати лазерне випромінювання, тобто. випромінювати випромінювання у вигляді світлових хвиль, званих фотонами.

Накачування рідини та твердих тіл досягається шляхом опромінення світлом імпульсної лампи, а газоподібних - за допомогою електричного розряду. При описі процесу вироблення лазерного світла використовується термін «фотон» замість світлової хвилі, тому що фотон переносить певну кількість енергії залежно від довжини хвилі.

Щільність енергії за діаметром лазерного променя не однакова і залежить від активного середовища лазера, її внутрішніх розмірів, схеми оптичного зворотного зв'язку та системи накачування, що використовується.

Лазерне випромінювання має низку унікальних властивостей:

• колімованість – паралельне переміщення всіх променів лазерного пучка в одному напрямку з невеликою розбіжністю навіть на великі відстані. Звичайні світлові хвилі розсіюються та швидко втрачають свою інтенсивність
• монохроматичність – складається з одного або вузького діапазону кольорів. У звичайного світла дуже широкий діапазон довжин хвиль або кольорів.
• когерентність - всі світлові хвилі лазерного пучка переміщуються в одній фазі. Некогерентне світло електричної лампочки складається із суміші частот, що не збігаються один з одним по фазі і поширюються в різних напрямках

Основні типи лазерних систем:

• Твердотільні – активним середовищем виступає люменесцентна тверда речовина
• Напівпровідникові. Формально також є твердотілими, але традиційно виділяються в окрему групу, оскільки мають інший простір. механізм накачування
• Лазери на барвниках
• Газові лазери — лазери, активним середовищем яких є суміш газів та парів. Відрізняються високою потужністю, монохроматичністю та вузькою спрямованістю випромінювання
• Ексимерні лазери
• Хімічні лазери
• Волоконний лазер

Залежно від режимів роботи, лазери поділяються на:

Імпульсні лазери, які випромінюють світло у вигляді спалахів (імпульсів) тривалістю тисячні, мільйонні і навіть мільярдні частки секунд. Часто серія таких імпульсів поєднується в один макроімпульс, який характеризується кількістю імпульсів, їх тривалістю та тривалістю пауз між ними.

До імпульсних лазерів відносяться: рубіновий, неодимовий, ербієвий (Er:YAG) та діодний.

Лазери безперервної дії, які створюють безперервний світловий потік. Миттєва потужність лазерів безперервної дії значно менша, ніж імпульсних, проте тривалість експозиції нічим не обмежена. До цього розряду лазерів відносяться СО2, He-Ne-лазери, а також багато лазерів на барвниках.

---