激(ji)光(guang)的基(ji)本概(gai)念
1、激(ji)光(guang)的載(zai)體(ti)--原子(zi)
激(ji)光(guang)作(zuo)為(wei)壹種物(wu)質,依(yi)附(fu)於壹個(ge)個(ge)原子(zi)而(er)存(cun)在(zai)。
電子(zi)圍(wei)繞原子(zi)核(he)旋(xuan)轉的動(dong)能和原子(zi)核(he)吸(xi)引電子(zi)具(ju)有的位能構成(cheng)了(le)整(zheng)個原子(zi)的能量(liang),即原子(zi)的內(nei)能。在(zai)外(wai)力的作用(yong)下(xia),如(ru)果電子(zi)和原子(zi)核(he)的距離增(zeng)大,則(ze)原子(zi)的內(nei)能增(zeng)加(jia)。
2、激(ji)光(guang)的形成(cheng)
(1)激(ji)發(fa)和躍遷(qian)
激(ji)發(fa):通(tong)過(guo)外(wai)力作(zuo)用(yong)使(shi)原子(zi)由(you)低(di)能(neng)級過(guo)度(du)到(dao)高(gao)能(neng)級(ji)的過(guo)程。
躍遷(qian):能力最(zui)低(di)原理(li),原子(zi)總(zong)是力圖(tu)使(shi)自己處於(yu)能(neng)力最(zui)低(di)態,因(yin)此“千方百計”使(shi)自己由高(gao)能(neng)級(ji)向(xiang)低(di)能(neng)級轉移(yi)。
自發躍遷(qian):沒(mei)有受(shou)到(dao)外(wai)界(jie)的作用(yong),僅(jin)由其本(ben)身(shen)運動(dong)的結果所(suo)導致(zhi)的躍遷(qian)。
無(wu)輻射(she)躍遷(qian):自發躍遷(qian)的能量(liang)轉變(bian)為熱(re)能或其他形(xing)式(shi)的能量(liang)。
自發輻射(she)躍遷(qian):自發躍遷(qian)的能量(liang)轉變(bian)為光(guang)能。
受(shou)激(ji)輻射(she)躍遷(qian):外來(lai)光子(zi)的帶動(dong)使(shi)原子(zi)從(cong)高(gao)能(neng)級(ji)向(xiang)低(di)能(neng)級躍遷(qian)。
受(shou)激(ji)輻射(she)躍遷(qian)產(chan)生的光子(zi)跟(gen)外(wai)來的光子(zi)由(you)著相(xiang)同(tong)的特(te)征:頻(pin)率(lv)相(xiang)同(tong);相(xiang)位(wei)相(xiang)同(tong);偏振(zhen)方向(xiang)相(xiang)同(tong);傳播(bo)方向(xiang)相(xiang)同(tong)。
(2)吸(xi)收(shou)與放(fang)大
如(ru)果入(ru)射到原子(zi)上(shang)的光子(zi)頻(pin)率(lv)滿(man)足(zu)hv=E2-E1的條(tiao)件(jian),則處(chu)於低(di)能(neng)級E1的原子(zi)可(ke)能吸(xi)收(shou)這個光(guang)子(zi)的能量(liang),被(bei)激(ji)發(fa)到(dao)較高(gao)能(neng)級(ji)E2上去(qu)。這樣,就(jiu)消(xiao)失了(le)壹個(ge)光(guang)子(zi),這就是受(shou)激(ji)吸(xi)收(shou)過(guo)程。
(3)粒子(zi)數(shu)反(fan)轉與(yu)激(ji)光(guang)的產(chan)生
粒子(zi)數(shu)反(fan)轉:熱(re)平(ping)衡(heng)情況下(xia),處(chu)於高(gao)能(neng)級(ji)的原子(zi)密(mi)度(du)總小於(yu)處(chu)於低(di)能(neng)級的原子(zi)密(mi)度(du)。如(ru)果有光子(zi)入(ru)射(she),使(shi)的不到受(shou)激(ji)放(fang)大的。為了(le)實(shi)現(xian)光(guang)的放大,必(bi)須考(kao)慮(lv)原子(zi)的熱運動(dong)沒(mei)有達到平(ping)衡(heng),整(zheng)個體(ti)系不存(cun)在(zai)壹個(ge)恒定溫(wen)度(du)的狀態,以(yi)及(ji)非(fei)熱平(ping)衡(heng)的原子(zi)體(ti)系。這時,體(ti)系的原子(zi)分布不(bu)在(zai)服(fu)從(cong)玻耳茲曼(man)公(gong)式(shi),某(mou)些(xie)上能(neng)級的原子(zi)密(mi)度(du)可(ke)以大於(yu)某些(xie)下(xia)能(neng)級的原子(zi)密(mi)度(du)。
要想(xiang)得(de)到(dao)入射(she)光(guang)子(zi)的放大,必(bi)須要滿(man)足(zu)粒子(zi)數(shu)反(fan)轉的條(tiao)件(jian)。
3、激(ji)光(guang)器(qi)的構成(cheng)
(1)放(fang)大介(jie)質 (2)泵浦源 (3)反(fan)射(she)鏡與諧振(zhen)腔 (4)振(zhen)蕩(dang)條(tiao)件(jian)
4、激(ji)光(guang)器(qi)的工(gong)作方式
(1)連(lian)續(xu)激(ji)光(guang)
激(ji)光(guang)泵浦源持續(xu)提供(gong)能(neng)量(liang),在激(ji)光(guang)工(gong)作物(wu)質中長時間地建(jian)立粒子(zi)數(shu)反(fan)轉的條(tiao)件(jian),長時間地產(chan)生激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu),從(cong)而(er)得(de)到(dao)連續(xu)激(ji)光(guang)。連(lian)續(xu)激(ji)光(guang)的輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)壹般(ban)都比(bi)較低(di),適合於要求(qiu)激(ji)光(guang)連(lian)續(xu)工(gong)作(如(ru)激(ji)光(guang)通(tong)信、激(ji)光(guang)手(shou)術等)的場(chang)合。
(2)脈(mai)沖激(ji)光(guang)
脈(mai)沖(chong)工(gong)作方式是指每間隔(ge)壹定時(shi)間(jian)才工(gong)作壹次(ci)的方式。
脈(mai)沖激(ji)光(guang)器(qi)具(ju)有較大輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv),適合於激(ji)光(guang)打(da)標(biao)、切(qie)割、測距等。
常(chang)見的脈沖激(ji)光(guang)器(qi):固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)中(zhong)的釔鋁石(shi)榴(liu)石(shi)(YAG)激(ji)光(guang)器(qi)、紅(hong)寶石(shi)激(ji)光(guang)器(qi)、釹(nv)玻璃(li)激(ji)光(guang)器(qi)等(deng)。還有氮分子(zi)激(ji)光(guang)器(qi)、準(zhun)分子(zi)激(ji)光(guang)器(qi)等(deng)。
(3)巨(ju)脈(mai)沖激(ji)光(guang)
在(zai)腔內(nei)人為的加入損(sun)耗(hao),是其大於(yu)工(gong)作物(wu)質的增益,這時沒(mei)有激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu)。但在(zai)泵浦源持續(xu)不斷的激(ji)勵(li)下(xia),激(ji)光(guang)上(shang)能(neng)級的原子(zi)數(shu)越(yue)來(lai)越(yue)多,得(de)到(dao)了(le)較大的粒子(zi)數(shu)反(fan)轉。如(ru)果定義(yi)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)為脈(mai)沖(chong)的能量(liang)除(chu)以(yi)脈(mai)沖的持續(xu)時間(jian)(脈(mai)寬(kuan)),那(na)麽,在撤除(chu)人為加入的損(sun)耗(hao)情況下(xia),就(jiu)會在很短(duan)的時間內(nei)以極(ji)快的速度產(chan)生脈(mai)沖寬度窄、峰值(zhi)功(gong)率(lv)高(gao)的脈沖激(ji)光(guang),通(tong)常(chang)稱(cheng)為巨(ju)脈(mai)沖。
Q開關(guan)技(ji)術:認為(wei)調節(jie)腔內(nei)損(sun)耗(hao)。Q=w 儲(chu)存(cun)在(zai)諧振(zhen)腔中(zhong)的能量(liang)/每秒(miao)損(sun)失的能量(liang)
Q開關(guan)激(ji)光(guang)器(qi):采(cai)用(yong)Q開關(guan)技(ji)術的激(ji)光(guang)器(qi)。
(4)超短(duan)脈沖(chong)激(ji)光(guang)
4、激(ji)光(guang)的特(te)點
(1)良好的單色(se)性
(2)良好的方向(xiang)性
(3)高(gao)亮度(du)
(4)極(ji)好(hao)的相(xiang)幹(gan)性
激(ji)光(guang)家族(zu)分類
從(cong)工(gong)作物(wu)質的形態分:
固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)、氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)、半導體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)、液(ye)體激(ji)光(guang)器(qi)等(deng)。
壹、固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)
用(yong)摻如(ru)少量(liang)離子(zi)的晶體或玻璃(li)作為工(gong)作物(wu)質的激(ji)光(guang)器(qi)叫(jiao)固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)。
特(te)點:能(neng)量(liang)大、峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)高(gao)、結構較緊(jin)湊(cou)、牢固(gu)耐用(yong)等長處。
壹般(ban)說(shuo)來(lai),固(gu)體激(ji)光(guang)器(qi)的尺(chi)寸比(bi)氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)小,工(gong)作壽(shou)命比(bi)氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)長。
二(er)、氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)
以(yi)氣(qi)體或金屬蒸氣(qi)作為(wei)主要工(gong)作物(wu)質的激(ji)光(guang)器(qi)。
分類:原子(zi)氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)、分子(zi)氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)和離子(zi)氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)。
氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)時(shi)目前種類(lei)最(zui)多、輸(shu)出(chu)激(ji)光(guang)波長最豐富(fu)、應(ying)用(yong)最廣(guang)的壹種激(ji)光(guang)器(qi)。
特(te)點:激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu)波長範圍(wei)較寬;氣(qi)體的光學均(jun)勻性較好,因(yin)此輸(shu)出(chu)的光束(shu)質量(liang)好,其單色(se)性、相(xiang)幹(gan)性和光束(shu)穩(wen)定性均(jun)好。導致(zhi)了(le)在精(jing)密(mi)計(ji)算、準(zhun)直(zhi)、通信、雷達、全(quan)息(xi)等(deng)方面的廣(guang)泛(fan)應用(yong)。
氣(qi)體激(ji)光(guang)器(qi)壹般(ban)用(yong)氣(qi)體放(fang)電激(ji)勵(li),在(zai)直(zhi)流的激(ji)光(guang)管中(zhong),必(bi)須有壹個(ge)放(fang)電的陰極和陽極。諧振(zhen)腔壹般(ban)采用(yong)穩(wen)定的球(qiu)面(mian)腔,壹端(duan)為(wei)全(quan)反(fan)射(she)鏡,另(ling)壹端(duan)即(ji)輸(shu)出(chu)端,為(wei)部(bu)分反(fan)射(she)鏡。
三、半導體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)
半導體(ti)激(ji)光(guang)器(qi):用(yong)半導體(ti)材料作為工(gong)作物(wu)質的激(ji)光(guang)器(qi)。
半導體(ti)中產(chan)生激(ji)光(guang)的方法:P-N結註(zhu)入式(shi)、電子(zi)束(shu)激(ji)發(fa)、光(guang)激(ji)發(fa)以(yi)及(ji)雪(xue)崩(beng)式(shi)擊(ji)穿等。
四、液(ye)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)
激(ji)光(guang)工(gong)作物(wu)質式液體的激(ji)光(guang)器(qi),稱(cheng)為液(ye)體激(ji)光(guang)器(qi)。主要包(bao)括螯合物(wu)激(ji)光(guang)器(qi)、無(wu)機(ji)液體激(ji)光(guang)器(qi)和有機染(ran)料(liao)激(ji)光(guang)器(qi)。
目前應(ying)用(yong)比較廣(guang)泛(fan)的是有機染(ran)料(liao)激(ji)光(guang)器(qi)。它(ta)以染(ran)料作(zuo)為激(ji)光(guang)工(gong)作物(wu)質,裝入染料(liao)盒(he)中(zhong)使(shi)用(yong)的染料,大多溶於乙醇(chun)、苯、水(shui)及(ji)其(qi)他溶劑中。激(ji)發(fa)手(shou)段(duan)主要包(bao)括采(cai)用(yong)巨(ju)脈(mai)沖的激(ji)光(guang)器(qi)或采用(yong)特(te)種電源裝置(zhi)的閃光燈。
染料(liao)激(ji)光(guang)器(qi)獨(du)特(te)的輸(shu)出(chu)特(te)性:輸(shu)出(chu)激(ji)光(guang)譜(pu)線(xian)寬(kuan);光束(shu)發(fa)散(san)角(jiao)小;激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu)波長顆移(yi)動(dong)(可(ke)調諧);某兩(liang)種染(ran)料(liao)混合(he)可(ke)以產(chan)生輸(shu)出(chu)心波長的染料;激(ji)活離子(zi)密(mi)度(du)大,增(zeng)益系數(shu)高(gao),可(ke)得(de)