લેસર પગલાં સિદ્ધાંત: લેસર કિરણોત્સર્ગ લક્ષણો

1917 માં લેસર, જે પ્લાન્કનો કિરણોત્સર્ગ કાયદો ભૌતિકશાસ્ત્ર પર આધારિત છે, સિદ્ધાંતમાં ક્રિયા પ્રથમ સિદ્ધાંત આઈન્સ્ટાઈન વાજબી હતી. તેમણે શોષણ વર્ણવવામાં સ્વયંભૂ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક વિકિરણ સંભવિતતા સાતત્ય (આઈન્સ્ટાઈન સહગુણાંકો) નો ઉપયોગ કરીને ઉત્તેજિત.

trailblazers

Teodor Meyman પ્રથમ ક્રિયા સિદ્ધાંત દર્શાવવા માટે કરવામાં આવી હતી રુબી લેસર હતું, જે એક ફ્લેશ દીવો, સિંથેટિક રુબી મદદથી ઓપ્ટિકલ પંપીંગ પર આધારિત છે, 694 એનએમ એક તરંગલંબાઈ સાથે સુસંગત કિરણોત્સર્ગ પેદા કરે છે.

1960 માં, ઈરાની વૈજ્ઞાનિકો જવાન અને બેનેટ 1:10 એક ગુણોત્તર માં તેમણે અને NE વાયુઓ મિશ્રણ ઉપયોગ કરીને પ્રથમ ગેસ લેસર્સ છે રચના કરી હતી.

1962 માં, આર એન.હોલે પ્રથમ બનાવે ડાયોડ લેસર 850 એનએમ એક તરંગોલંબાઇએ સ્ત્રાવ, ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) બનેલા હોય છે. પાછળથી તે જ વર્ષે, નિક Golonyak દૃશ્યમાન પ્રકાશ સૌપ્રથમ સેમીકન્ડક્ટર પરિમાણ જનરેટર વિકસાવી છે.

ઉપકરણ અને લેસરો સિદ્ધાંત

દરેક લેસર સિસ્ટમ સક્રિય માધ્યમ ઓપ્ટીકલી સમાંતર અને અત્યંત પ્રતિબિંબ અરીસો એક જોડી છે, જે એક અપારદર્શક હોય છે વચ્ચે મૂકવામાં, અને તે પંપીંગ માટે શક્તિ સ્ત્રોત સમાવેશ થાય છે. ગેઇન મિડીયમ એક ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ, જે પ્રકાશ તરંગ વિદ્યુત કે ઓપ્ટિકલ પંપીંગ કિરણોત્સર્ગ સાથે આંતરિક તે પસાર કંપનવિસ્તાર એમ્પ્લીફાય કરવા માટે ક્ષમતા હોય છે તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. પદાર્થ અરીસાઓ એક જોડી વચ્ચે મૂકવામાં કે જેથી પ્રકાશ તેમને દરેક સમય પ્રતિબિંબિત તે પસાર અને નોંધપાત્ર વધારો સુધી પહોંચી કર્યા, અડધી દર્પણ ઘૂસી આવે છે.

ડુપ્લેક્ષ પર્યાવરણ

ઇ ઉત્તેજિત ઇ ₂ અને આધાર _1: સક્રિય માધ્યમ જેની અણુઓ માત્ર બે ઉર્જા સ્તરો હોય લેસર પગલાં સિદ્ધાંત વિચાર _કરો. કોઈપણ પંપીંગ મિકેનિઝમ (ઓપ્ટિકલ, ઇલેક્ટ્રિક સ્રાવ વર્તમાન અથવા transmittance ઇલેક્ટ્રોન તોપમારો) મારફતે અણુઓ એક રાજ્ય ઇ ₂ ઉત્તેજિત હોય _તો, થોડા નાનોસેકંડ્ઝ તેઓ મૂળભૂત સ્થિતિ, ઊર્જા ફોટોન વિસર્જન પાછા hν = ઇ ₂ - ઇ _1. આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંત અનુસાર, સ્ત્રાવ બે અલગ અલગ રીતે પેદા થાય છે: ક્યાં તો તેને એક ફોટોન દ્વારા પ્રેરિત છે, અથવા તે સ્વયંભૂ થાય છે. ભૂતપૂર્વ કિસ્સામાં, ઉત્તેજિત સ્ત્રાવ થાય છે અને બીજો - સ્વયંભૂ. મુ થર્મલ સમતુલા, ઉત્તેજિત સ્રાવ ^{સંભાવના,} સ્વયંસ્ફુરીત (1:10 ³³⁾ કરતા ઘણી ઓછી છે, તેથી કે મોટા ભાગના પરંપરાગત છૂટુંછવાયું પ્રકાશ સ્રોતો, અને લેસીંગ થર્મલ સમતુલા કરતાં અન્ય પરિસ્થિતિમાં શક્ય છે.

પણ ખૂબ જ મજબૂત પંપીંગ વસ્તી-સ્તર સિસ્ટમો સાથે માત્ર સમાન કરી શકાય છે. તેથી, વસ્તી વિપર્યય અથવા અન્ય ઓપ્ટિકલ પંપીંગ પદ્ધતિની પ્રાપ્ત કરવા માટે ત્રણ અથવા ચાર લેવલ સિસ્ટમના જરૂરી છે.

મલ્ટી લેવલ સિસ્ટમના

ત્રણ સ્તરીય લેસર સિદ્ધાંત શું છે? ₀₂ ν ફ્રિક્વન્સીના, તીવ્ર પ્રકાશથી ઇરેડિયેશન નીચો ઊર્જા સ્તર ઇ ₀ અને ઉપલા ઇ ₂ માંથી અણુઓ મોટી સંખ્યામાં અપ પંપ. ઇ ₁ અણુઓ ઇ ₂ સાથે Radiationless સંક્રમણ ઇ ₁ અને ઇ ₀ વચ્ચે વસ્તી _{વિપર્યય,} જે વ્યવહારમાં માત્ર શક્ય હોય ત્યારે અણુઓ એક metastable રાજ્ય ઇ ₁ લાંબા સમય _છે, અને ઇ ઇ ₁ થી સંક્રમણ ₂ ઝડપથી થાય પ્રસ્થાપિત કરે છે. જેથી ઇ ₀ અને ઇ _{1 વચ્ચે,} વસ્તી વિપર્યય પ્રાપ્ત થાય છે અને વિસ્તરિત છે ફોટોન ઊર્જા ઇ ₁ -E ₀ ઉત્તેજિત સ્ત્રાવ ત્રણ સ્તર લેસરનું ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત, આ શરતો છે. વિશાળ સ્તર ઇ _2, શોષણ તરંગોલંબાઇ રેન્જમાં વધુ કાર્યક્ષમ પંપ માટે વધારો કરી શકે છે ઉત્તેજિત સ્ત્રાવ વિકાસ પરિણમે છે.

ત્રણ લેવલ સિસ્ટમના નીચા સ્તરે થી ખૂબ જ ઉંચી પંમ્પિંગ શક્તિ જરૂરી છે, પેઢી સામેલ છે, તે એક આધાર છે. આ કિસ્સામાં, વસ્તી વિપર્યય કરવા માટે રાજ્ય ઇ ₁ આવી પરમાણુ કુલ સંખ્યાના અડધા કરતાં વધુ નાખી શકાય છે. આ કિસ્સામાં, ઊર્જા વેડફાઇ જતી છે. પંપ શક્તિ મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડી શકાય છે જો નીચલા લેસીંગ સ્તર આધાર, કે જે ઓછામાં ઓછા ચાર લેવલ સિસ્ટમના જરૂરી નથી.

સક્રિય પદાર્થ પ્રકૃતિ પર આધાર રાખીને, લેસરો ત્રણ પ્રકારોમાં વહેચવામાં એટલે ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. 1958 થી, જ્યારે પ્રથમ પેઢી એક રુબી ક્રિસ્ટલનો અનુભવવામાં આવી હતી, વૈજ્ઞાનિકો અને સંશોધકો દરેક વર્ગમાં સામગ્રી વિશાળ શ્રેણી અભ્યાસ કર્યો છે.

નક્કર સ્થિતિ લેસર

કામગીરી જે અવાહક સ્ફટિક જાળીમાં સંક્રાંતિ ધાતુ ઉમેરીને બનાવવામાં આવે છે સક્રિય માધ્યમ ઉપયોગ પર આધારિત છે (તેથી ટિટેનિયમ ^+3, Cr ^+3, વી ^+2, સહ ^+2, Ni ^+2, ફે ^+2, અને. ડી) દુર્લભ પૃથ્વી આયનો (CE ^+3, પીઆર ^+3, ND ^+3, વડાપ્રધાનની ^+3, એસએમ ^{+2 ઇયુ + 2 + 3 ટીબી +3,} નાયબ ^+3, હો ^+3, er ^+3, વાયબી ⁺³ , એટ અલ.), અને આવા યુ ⁺³ કારણ કે ^actinides. ઉર્જા સ્તરો આયનો માત્ર પેઢી માટે જવાબદાર છે. આધાર સામગ્રી ભૌતિક ગુણધર્મો, જેમ થર્મલ વાહકતા અને થર્મલ વિસ્તરણ લેસર કાર્યક્ષમ કામગીરી માટે મહત્વપૂર્ણ છે. એક મિશ્રીત આયન આસપાસ પરમાણુ સ્થાન જાળી તેના ઊર્જા સ્તર બદલે છે. સક્રિય માધ્યમ વેવ પેઢીના વિવિધ લંબાઈનો જ આયન અને વિવિધ સામગ્રી ડોપિંગ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

હોલમિયમ લેસર

એક નક્કર સ્થિતિ લેસર એક ઉદાહરણ પરિમાણ જનરેટર, જેમાં હોલમિયમ અણુ બદલે સ્ફટિક જાળીમાં આધાર સામગ્રી છે. હો: યાગ શ્રેષ્ઠ લેસીંગ સામગ્રી છે. હોલમિયમ લેસરનું ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત એ છે કે યટ્રીમ એલ્યુમિનીયમ ગાર્નેટ હોલમિયમ આયન, ઓપ્ટીકલી ફ્લેશ લેમ્પ દ્વારા ખેંચવામાં અને ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીમાં 2097 એનએમ એક તરંગલંબાઇ સારી પેશીઓ દ્વારા શોષણ થાય છે બહાર કાઢે સાથે મિશ્રીત છે. કેન્સર કોષો, કિડની અને પથરી ઓગાળે માટે સાંધા, દંત સારવાર પર કામગીરી માટે આ લેસર ઉપયોગ કરો.

સેમીકન્ડક્ટર પરિમાણ જનરેટર

ક્વોન્ટમ સારી લેસરો સસ્તું, સામૂહિક ઉત્પાદન પરવાનગી આપે છે અને સરળતાથી સ્કેલેબલ છે. ના સંચાલન સિદ્ધાંત લેસર સેમિકન્ડક્ટર માટે PN-ડાયોડ જંકશન છે, જે હકારાત્મક પૂર્વગ્રહ ખાતે કેરિયર ઓફ ફરીથી જોડાવાની દ્વારા ચોક્કસ તરંગોલંબાઇ પ્રકાશ પેદા કરે છે, એલઈડી જેવી ઉપયોગ પર આધારિત છે. એલઇડી સ્વયંભૂ અને લેસર ડાયોડ સ્રાવ બહાર કાઢે છે - compulsively. શરત વસ્તી વિપર્યય પરિપૂર્ણ કરવા માટે, ઓપરેટિંગ વર્તમાન થ્રેશોલ્ડ ઓળંગી જોઈએ. સેમીકન્ડક્ટર ડાયોડ સક્રિય માધ્યમ બે પરિમાણીય સ્તરો જોડાણ વિસ્તાર એક દૃશ્ય છે.

લેસર આ પ્રકારના ઓપરેશન સિદ્ધાંત એ છે કે આવર્તનો કોઈ બાહ્ય મિરર જરૂરી છે જાળવી રાખવા માટે છે. પ્રતિબિંબીત ક્ષમતા લીધે સર્જાઈ પ્રત્યાવર્તનક્ષમ ઇન્ડેક્સ સ્તરો અને સક્રિય માધ્યમ આંતરિક પ્રતિબિંબ, આ હેતુ માટે પૂરતું છે. અંત સપાટી ડાયોડ સમાંતર પ્રતિબિંબ સપાટી પૂરી પાડે છે કે જે જોડાશે.

સમાન પ્રકારની સેમીકન્ડક્ટર સામગ્રી દ્વારા રચાયેલી સંયોજન homojunction કહેવામાં આવે છે, કારણ કે બે અલગ અલગ જોડાઈ દ્વારા સ્થાપિત - હિટીરોજંકશન.

પી એન્ડ એન વાહકોના એક ઉચ્ચ ઘનતા સાથે પ્રકારની સેમિકન્ડક્ટર્સ ખૂબ જ પાતળા (≈1 એમએમ) ક્ષીણ સ્તર સાથે પી એન-જંકશન રચે છે.

ગેસ લેસર

કામગીરી અને લેસર આ પ્રકારના ઉપયોગ સિદ્ધાંત તે શક્ય (અલ્ટ્રાવાયોલેટ થી ઇન્ફ્રારેડ) અને તરંગલંબાઇ (મેગાવોટ કરવા milliwatts માંથી) વર્ચ્યુઅલ કોઈપણ ક્ષમતા ઉપકરણો બનાવવા અને સ્પંદનીય અને સતત સ્થિતિઓ માં કામ કરી શકે છે બનાવે છે. સક્રિય મીડિયા પ્રકૃતિ પર આધાર રાખીને, ત્યાં ગેસ લેસર્સ છે, એટલે કે, અણુ આયનીય અને પરમાણુ ત્રણ પ્રકારના હોય છે.

મોટા ભાગના ગેસ લેસર્સ ઇલેક્ટ્રિક સ્રાવ દ્વારા ખેંચવામાં. સ્રાવ ટ્યુબ ઇલેક્ટ્રોનનું ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે વીજ ક્ષેત્ર દ્વારા આગળ વધે છે. તેઓ પરમાણુ આયન અથવા એક સક્રિય માધ્યમ પરમાણુઓ સાથે અથડાઈ અને ઉચ્ચતર ઉર્જા સ્તરો પર સંક્રમણ પ્રેરિત વસ્તી વિપર્યય અને ઉત્તેજિત સ્રાવ એક રાજ્ય હાંસલ કરવા માટે.

પરમાણુ લેસર

લેસર પગલાં સિદ્ધાંત હકીકત એ છે કે, અલગ અણુઓ અને અણુ અને આયોન લેસર્સ આયનો વિપરીત પરમાણુઓ અલગ ઉર્જા સ્તરો વ્યાપક ઊર્જા બેન્ડ ધરાવતા પર આધારિત છે. થોડા વારાફરતી - વધુમાં, દરેક ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા સ્તર Vibrational સ્તર મોટી સંખ્યામાં, અને બદલામાં તે છે.

ઇલેક્ટ્રોન ઉર્જા સ્તરો વચ્ચે ઊર્જા સ્પેક્ટ્રમ યુવી અને દૃશ્યમાન પ્રદેશોમાં છે, જ્યારે vibrational-વારાફરતી સ્તરો વચ્ચે - દૂર અને નજીક ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશોમાં. આમ, પરમાણુ લેસરો મોટા ભાગના દૂરના અથવા નજીકના ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશોમાં કામ કરે છે.

એક્ઝીમેર લેસર્સ

Excimers ArF, KrF, XeCl જેમ પરમાણુ, જે સ્થિર જમીન રાજ્ય અને પ્રથમ સ્તર વિભાજિત કરવામાં આવે છે. લેસર આગામી કામગીરી સિદ્ધાંત. ખાસ કરીને, પરમાણુઓ જમીન રાજ્ય નંબર નાના છે, તેથી જમીન રાજ્ય પરથી સીધી પંપીંગ શક્ય નથી. અણુ સંયોજન નિષ્ક્રિય વાયુઓ સાથે ઊંચી ઉર્જા halides હોવાના પ્રથમ ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોનીક સ્થિતિમાં રચના કરી હતી. વસ્તી વિપર્યય સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે, કારણ કે મૂળભૂત સ્તરે પરમાણુઓની સંખ્યાના ઉત્સાહિત સાથે સરખામણી ખૂબ ઓછી છે. લેસર પગલાં સિદ્ધાંત, ટૂંકા માં, જમીન રાજ્ય ડીસસોસીએટીવ માટે બંધાયેલા ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોનીક સ્થિતિમાં માંથી સંક્રમણ કરે છે. જમીન રાજ્યની વસતી કારણ કે આ બિંદુએ પરમાણુ અણુઓ કે વિઘટિત થાય છે, નીચા સ્તરે હંમેશા છે.

ઉપકરણ અને લેસરો સિદ્ધાંત સમાવેશ થાય છે કે જે સ્રાવ ટ્યુબ એક (એફ ₂₎ halide ના મિશ્રણ અને ભાગ્યે જ ગેસ (Ar) સાથે ભરવામાં આવે છે. તે ઇલેક્ટ્રોન વિભાજન અને halide પરમાણુઓ ionize અને ઋણ આયનો બનાવો. ધન આયનો Ar ⁺ અને નકારાત્મક એફ ^- પ્રતિક્રિયા અને આધાર રાજ્ય પ્રતિકાર અને સુસંગત કિરણોત્સર્ગ પેઢી માટે અનુગામી સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ પ્રથમ ઉત્તેજિત રાજ્યમાં ArF પરમાણુઓ પેદા કરે છે. એક્ઝીમેર લેસર, ક્રિયા સિદ્ધાંત અને ઉપયોગ જે હવે અમે વિચારી રહ્યા છે, રંગ સક્રિય માધ્યમ પંપીંગ માટે ઉપયોગ કરી શકાય.

પ્રવાહી લેસર

ઘન સાથે સરખામણી, પ્રવાહી વધુ સજાતીય હોય છે અને વાયુઓ સાથે સરખામણી, સક્રિય અણુઓ એક ઊંચી ઘનતા ધરાવે છે. આ ઉપરાંત, તેઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે સરળ ગરમી સ્વચ્છંદતા માટે પરવાનગી આપે છે મુશ્કેલ નથી અને સરળતાથી બદલી શકાય છે. લેસર ક્રિયા સિદ્ધાંત આવા DCM કારણ કે કાર્બનિક રંગ એક ગેઇન મિડીયમ તરીકે વપરાય છે (4 dicyanomethylene-2-મિથાઈલ-6-P- dimethylaminostyryl-4H-pyran), રોડામાઇન, styryl, LDS, coumarin, stilbene, અને જેમ. ડી ., યોગ્ય દ્રાવક ઓગળેલા. રંગ પરમાણુઓનું ઉકેલ કિરણોત્સર્ગ જેની તરંગલંબાઇ સારી શોષણ ગુણાંક દ્વારા સંચાલિત ઉત્તેજિત થાય છે. લેસર પગલાં સિદ્ધાંત, ટૂંકમાં કહીએ તો, એક લાંબો તરંગલંબાઇ, ફ્લોરોસીનથી તરીકે ઓળખાતા પેદા કરવા માટે છે. ઊર્જા વચ્ચે તફાવત શોષણ થાય અને બહાર ફેંકાય ફોટોન nonradiative ઊર્જા સંક્રમણો ઉપયોગ કરે છે અને સિસ્ટમ ગરમ કરે છે.

તરંગલંબાઇ ટ્યુનિંગ - બૃહદ બેન્ડ ફ્લોરોસીનથી પ્રવાહી લેસરો અનન્ય લક્ષણ છે. કામગીરી અને આ પ્રકારની ટ્યુનેબલ લેસર અને સુસંગત પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ સિદ્ધાંત, સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, હોલોગ્રાફી વધુને મહત્વપૂર્ણ છે, અને જૈવતબીબી બની રહ્યું છે.

તાજેતરમાં, લેસરો આઇસોટોપ અલગ રંગવા કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, લેસર પસંદગીપૂર્વક તેમાંથી એક ઉત્તેજિત પૂછવાની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા શરૂ કરો.