የሌዘር መርህ፡የሌዘር ጨረር ገፅታዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-02 17:40

የመጀመሪያው የሌዘር መርህ ፊዚክስ በፕላንክ የጨረር ህግ ላይ የተመሰረተ ሲሆን በቲዎሪ ደረጃ በ1917 በአንስታይን ተረጋግጧል። የመምጠጥ፣ ድንገተኛ እና የሚቀሰቀስ የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረሮችን ፕሮባቢሊቲ ኮፊሸንስ (የአንስታይን ኮፊሸንስ) በመጠቀም ገልጿል።

አቅኚዎች

ቴዎዶር ሜይማን ሰው ሰራሽ ሩቢን በፍላሽ አምፖል በማፍሰስ የሩቢ ሌዘርን ኦፕሬሽን መርህ ለመጀመሪያ ጊዜ ያሳየ ሲሆን ይህም በ 694 nm የሞገድ ርዝመት ያለው የተቀናጀ የጨረር ጨረር ፈጠረ።

በ1960 ኢራናዊ ሳይንቲስቶች ጃቫን እና ቤኔት 1፡10 ሄ እና ኔ ጋዞችን ድብልቅን በመጠቀም የመጀመሪያውን ጋዝ ኳንተም ጄኔሬተር ፈጠሩ።

በ1962፣ RN Hall በ850 nm የሞገድ ርዝመት የመጀመሪያውን ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) ዳዮድ ሌዘር አሳይቷል። በዚያው ዓመት ኒክ ጎሎንያክ የመጀመሪያውን ሴሚኮንዳክተር የሚታይ የብርሃን ኳንተም ጀነሬተር ሠራ።

የሌዘር ዲዛይን እና የአሠራር መርህ

እያንዳንዱ ሌዘር ሲስተም ንቁ የሆነ መካከለኛ ቦታ ይይዛልበኦፕቲካል ትይዩ እና በጣም አንጸባራቂ መስተዋቶች መካከል አንዱ ግልፅ ነው እና ለፓምፑ የኃይል ምንጭ። ማጉሊያው ጠጣር፣ፈሳሽ ወይም ጋዝ ሊሆን ይችላል፣ይህም በውስጡ የሚያልፈውን የብርሃን ሞገድ ስፋት በኤሌክትሪካዊ ወይም ኦፕቲካል ፓምፒንግ በተቀሰቀሰ ልቀት የማጉላት ባህሪ አለው። አንድ ንጥረ ነገር በሁለት መስተዋቶች መካከል የሚቀመጠው በእነሱ ውስጥ የሚንፀባረቀው ብርሃን በእያንዳንዱ ጊዜ እንዲያልፈው እና ጉልህ የሆነ ማጉላት ላይ ከደረሰ በኋላ ግልጽ ብርሃን ያለው መስታወት ውስጥ እንዲገባ ነው።

ሁለት-ደረጃ አከባቢዎች

የሌዘርን ኦፕሬሽን መርሆ ከነቃ ሚዲ ጋር እናስብ፣ አተሞቹም ሁለት የኢነርጂ ደረጃዎች ብቻ አሏቸው፡ አስደሳች ኢ₂ እና መሰረታዊ ኢ₁ ። አተሞች ለስቴቱ E₂ በማንኛውም የፓምፕ ዘዴ (ኦፕቲካል፣ ኤሌክትሪክ ፍሳሽ፣ የአሁን ማስተላለፊያ ወይም የኤሌክትሮን ቦምብ) ከተደሰቱ ከጥቂት ናኖሴኮንዶች በኋላ ወደ መሬቱ ቦታ ይመለሳሉ፣ ፎቶን ያስወጣሉ። የኢነርጂ hν=ኢ ₂ - ኢ₁. በአንስታይን ቲዎሪ መሰረት ልቀት የሚመረተው በሁለት የተለያዩ መንገዶች ነው፡- ወይ በፎቶን መነሳሳት ወይም በድንገት የሚከሰት ነው። በመጀመሪያው ሁኔታ, የተቀሰቀሰ ልቀት ይከናወናል, እና በሁለተኛው ውስጥ, ድንገተኛ ልቀት. በሙቀት ሚዛን፣ የተቀሰቀሰ ልቀት ዕድሉ በድንገት ከሚለቀቀው (1፡10^{33) በጣም ያነሰ ነው፣ስለዚህ አብዛኛው የተለመዱ የብርሃን ምንጮች የማይጣጣሙ ናቸው፣ እና ሌዘር ማመንጨት የሚቻለው ከሙቀት ውጭ ባሉ ሁኔታዎች ነው። ሚዛናዊነት።}

በጣም ጠንካራም ቢሆንፓምፕ, የሁለት-ደረጃ ስርዓቶች ህዝብ እኩል ሊደረግ የሚችለው ብቻ ነው. ስለዚህ የህዝብን መገለባበጥ በኦፕቲካል ወይም በሌሎች የፓምፕ ዘዴዎች ለመድረስ የሶስት ወይም ባለ አራት ደረጃ ስርዓቶች ያስፈልጋሉ።

ባለብዙ ደረጃ ስርዓቶች

የሶስት-ደረጃ ሌዘር መርህ ምንድን ነው? የጨረር ጨረር በከፍተኛ የድግግሞሽ ብርሃን ν₀₂ ብዙ አተሞችን ከዝቅተኛው የኃይል ደረጃ ኢ₀ ወደ ከፍተኛው የኢነርጂ ደረጃ ኢ _{ያፈልቃል። 2}። የአተሞች የጨረር ሽግግር ከኢ₂ ወደ ኢ₁ በE₁ እና በ E _{መካከል የህዝብ ግልበጣን ይፈጥራል። 0} ፣ በተግባር ግን የሚቻለው አተሞች ለረጅም ጊዜ በሜታስታውስ ሁኔታ ውስጥ ሲሆኑ ብቻ ነው ኢ_1፣ እና ከኢ_{2ወደ ኢ 1} በፍጥነት ይሄዳል። የሶስት-ደረጃ ሌዘር ኦፕሬሽን መርህ እነዚህን ሁኔታዎች ማሟላት ነው፡ በዚህ ምክንያት በE₀ እና በ E₁ መካከል የህዝብ መገለባበጥ ተገኝቷል እና ፎቶኖች በኃይል E ₁-E₀ በተፈጠረ ልቀት ይስፋፋሉ። ሰፋ ያለ የE₂ የሞገድ ርዝማኔን የመጠጣት ወሰን ለተሻለ ውጤታማ ፓምፕ ሊጨምር ይችላል፣ይህም የተነቃቃ ልቀት ይጨምራል።

የሶስት-ደረጃ ስርዓት በጣም ከፍተኛ የፓምፕ ሃይል ይፈልጋል ምክንያቱም በማመንጨት ላይ የሚሳተፈው ዝቅተኛ ደረጃ መሰረታዊ ነው. በዚህ ሁኔታ የህዝቡ መገለባበጥ እንዲከሰት ከጠቅላላው የአተሞች ብዛት ከግማሽ በላይ የሚሆነው ወደ ክፍለ ሀገር E_{1 መሆን አለበት። ይህን ሲያደርጉ ጉልበት ይባክናል። የፓምፕ ሃይል ጉልህ ሊሆን ይችላልየታችኛው ትውልድ ደረጃ መሰረታዊ ካልሆነ ይቀንሱ ይህም ቢያንስ ባለአራት ደረጃ ስርዓት ያስፈልገዋል።}

እንደአክቲቭ ንጥረ ነገር ባህሪ መሰረት ሌዘር በሦስት ዋና ዋና ምድቦች ማለትም ጠጣር፣ፈሳሽ እና ጋዝ ይከፈላል። ከ 1958 ጀምሮ ላሲንግ ለመጀመሪያ ጊዜ በሩቢ ክሪስታል ውስጥ በታየበት ጊዜ ሳይንቲስቶች እና ተመራማሪዎች በእያንዳንዱ ምድብ ውስጥ የተለያዩ ቁሳቁሶችን አጥንተዋል.

Solid State Laser

የአሰራር መርህ የተመሰረተው በነቃ ሚዲ አጠቃቀም ላይ የተመሰረተ ሲሆን ይህም የሽግግር ቡድን ብረትን ወደ ኢንሱለር ክሪስታል ላቲስ (ቲ⁺³, Cr በመጨመር ነው. ^{+3 ፣ V}+2^{፣ С}+2^{፣ ኒ}+2 ^{፣ Fe} +2^{፣ወዘተ)፣ ብርቅዬ የምድር ions (ሴ}+3^{፣ Pr}+3 ፣ Nd +3^{፣ Pm}+3^{፣ Sm}+2^{፣ ኢዩ +2፣ +3} ፣ Tb⁺³፣ Dy⁺³፣ሆ⁺³ ፣ ኤር ⁺³፣ Yb⁺³፣ወዘተ) እና እንደ U^{+3 ያሉ actinides ። የ ionዎች የኃይል ደረጃዎች ለትውልድ ብቻ ተጠያቂ ናቸው. የመሠረት ቁስ አካላዊ ባህሪያት, እንደ የሙቀት መቆጣጠሪያ እና የሙቀት መስፋፋት, ለተቀላጠፈ ሌዘር አሠራር አስፈላጊ ናቸው. በዶፔድ ion ዙሪያ ያለው የላቲስ አተሞች ዝግጅት የኃይል ደረጃውን ይለውጣል። በነቃ ሚዲው ውስጥ የተለያዩ የሞገድ ርዝመቶች የሚደርሱት የተለያዩ ቁሳቁሶችን በተመሳሳይ ion ዶፒንግ በማድረግ ነው።}

ሆሊየም ሌዘር

የጠጣር-ግዛት ሌዘር ምሳሌ የኳንተም ጀነሬተር ነው፣ በዚህ ውስጥ ሆልሚየም የክሪስታል ጥልፍልፍ መሰረቱን ንጥረ ነገር አቶም ይተካል።ሆ: ያግ ከምርጥ ትውልድ ቁሶች አንዱ ነው። የሆልሚየም ሌዘር አሠራር መርህ ኢትሪየም አልሙኒየም ጋርኔት በሆልሚየም ionዎች የተሞላ ፣ በፍላሽ መብራት ተጭኖ በ 2097 nm የሞገድ ርዝመት በ IR ክልል ውስጥ ይወጣል ፣ ይህም በቲሹዎች በደንብ ይሞላል። ይህ ሌዘር በመገጣጠሚያዎች ላይ ለሚደረጉ ኦፕሬሽኖች፣ ለጥርስ ህክምና፣ ለካንሰር ሕዋሳት፣ ለኩላሊት እና ለሀሞት ጠጠር በትነት ያገለግላል።

ሴሚኮንዳክተር ኳንተም ጀነሬተር

የኳንተም ጉድጓድ ሌዘር ብዙ ወጪ የማይጠይቅ፣ብዙ የሚያመርት እና በቀላሉ የሚሰፋ ነው። የሴሚኮንዳክተር ሌዘር አሠራር መርህ በp-n መስቀለኛ መንገድ ዳዮድ አጠቃቀም ላይ የተመሰረተ ነው, ይህም የተወሰነ የሞገድ ርዝመት በድምጸ ተያያዥ ሞደም እንደገና በማዋሃድ ከ LED ዎች ጋር በሚመሳሰል መልኩ በአዎንታዊ ልዩነት ይፈጥራል. LED በድንገት ይወጣል, እና ሌዘር ዳዮዶች - በግዳጅ. የሕዝብ ተገላቢጦሽ ሁኔታን ለማሟላት፣ የሚሠራው አሁኑ ከገደብ እሴቱ መብለጥ አለበት። በሴሚኮንዳክተር ዳዮድ ውስጥ ያለው ገቢር መካከለኛ ባለሁለት ባለ ሁለት ገጽታ ንብርብሮች አገናኝ ክልል መልክ አለው።

የዚህ አይነት ሌዘር የስራ መርህ ማወዛወዝን ለመጠበቅ ውጫዊ መስታወት አያስፈልግም። ለዚሁ ዓላማ በንብርብሮች የማጣቀሻ ጠቋሚ እና በውስጣዊው ውስጣዊ ነጸብራቅ የተፈጠረው አንጸባራቂነት በቂ ነው. የዲያዶዶቹ የመጨረሻ ንጣፎች የተቆራረጡ ናቸው፣ ይህም የሚያንጸባርቁት ንጣፎች ትይዩ መሆናቸውን ያረጋግጣል።

በአንድ ዓይነት ሴሚኮንዳክተር ቁሶች የሚፈጠረው ግንኙነት ሆሞጁንክሽን ይባላል።heterojunction።

P- እና n-አይነት ሴሚኮንዳክተሮች ከፍ ያለ የአገልግሎት አቅራቢ እፍጋታቸው በጣም ቀጭን (≈1 µm) የመሟጠጥ ንብርብር ያለው p-n መገናኛ ይመሰርታሉ።

ጋዝ ሌዘር

የአሠራሩ መርህ እና የዚህ ዓይነቱ ሌዘር አጠቃቀም ማንኛውንም ኃይል (ከሚሊዋት እስከ ሜጋ ዋት) እና የሞገድ ርዝመቶችን (ከ UV እስከ IR) መሳሪያዎችን እንዲፈጥሩ ያስችልዎታል እና በ pulsed እና ተከታታይ ሁነታዎች ውስጥ እንዲሰሩ ያስችልዎታል።. በአክቲቭ ሚዲያ ተፈጥሮ ላይ በመመስረት ሶስት አይነት የጋዝ ኳንተም ጀነሬተሮች አሉ እነሱም አቶሚክ፣ አዮኒክ እና ሞለኪውላር።

አብዛኛዎቹ የጋዝ ሌዘር በኤሌክትሪካዊ ፍሳሽ ይሞላሉ። በማፍሰሻ ቱቦ ውስጥ ያሉት ኤሌክትሮኖች በኤሌክትሮዶች መካከል ባለው የኤሌክትሪክ መስክ የተፋጠነ ነው. ከአክቲቭ ሚዲያው አቶሞች፣ ionዎች ወይም ሞለኪውሎች ጋር ይጋጫሉ እና ወደ ከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃዎች እንዲሸጋገሩ በማድረግ የህዝብን የተገላቢጦሽ ሁኔታ እና የልቀት መጠንን ያበረታታል።

ሞለኪውላር ሌዘር

የሌዘር ኦፕሬሽን መርህ ከተለዩ አቶሞች እና ionዎች በተለየ በአቶሚክ እና ion ኳንተም ጀነሬተሮች ውስጥ ያሉ ሞለኪውሎች የልዩ ሃይል መጠን ያላቸው ሰፊ የኢነርጂ ባንዶች ስላላቸው ነው። በተጨማሪም፣ እያንዳንዱ የኤሌክትሮኒክስ ኢነርጂ ደረጃ ብዙ ቁጥር ያላቸው የንዝረት ደረጃዎች አሉት፣ እና እነዚያም በተራው፣ በርካታ የማዞሪያ ደረጃዎች አሏቸው።

በኤሌክትሮኒካዊ የኢነርጂ ደረጃዎች መካከል ያለው ኃይል በ UV እና በሚታዩ የስፔክትረም ክልሎች ውስጥ ሲሆን በንዝረት-ተዘዋዋሪ ደረጃዎች መካከል - በሩቅ እና በ IR አቅራቢያአካባቢዎች. ስለዚህ፣ አብዛኛው ሞለኪውላር ኳንተም ጀነሬተሮች በሩቅ ወይም በአቅራቢያ ባሉ የኢንፍራሬድ ክልሎች ይሰራሉ።

ኤክሰመር ሌዘር

ኤክስመሮች እንደ ArF፣ KrF፣ XeCl ያሉ ሞለኪውሎች ናቸው፣ የተለያየ የመሬት ሁኔታ ያላቸው እና በመጀመሪያ ደረጃ የተረጋጋ ናቸው። የሌዘር አሠራር መርህ እንደሚከተለው ነው. እንደ ደንቡ, በመሬት ውስጥ ያሉት ሞለኪውሎች ቁጥር ትንሽ ነው, ስለዚህ ከመሬት ውስጥ በቀጥታ ፓምፕ ማድረግ አይቻልም. ሞለኪውሎች የሚፈጠሩት ከፍተኛ ኃይል ያላቸውን ሃይሎች ከማይነቃነቁ ጋዞች ጋር በማዋሃድ በመጀመሪያ የተደሰተ ኤሌክትሮኒክ ሁኔታ ነው። በመሠረታዊ ደረጃ ላይ ያሉ የሞለኪውሎች ብዛት ከአስደሳች ጋር ሲወዳደር በጣም ትንሽ ስለሆነ የተገላቢጦሹ ህዝብ በቀላሉ ማግኘት ይቻላል. የሌዘር ኦፕሬሽን መርህ ፣በአጭሩ ፣ከታሰረ ጉጉት ኤሌክትሮኒካዊ ሁኔታ ወደ መለያየት የመሬት ሁኔታ ሽግግር ነው። በመሬቱ ግዛት ውስጥ ያለው ህዝብ ሁል ጊዜ በዝቅተኛ ደረጃ ላይ ይቆያል፣ ምክንያቱም በዚህ ጊዜ ሞለኪውሎች ወደ አተሞች ስለሚለያዩ ነው።

የሌዘር መሳሪያ እና የስርዓተ ክወና መርህ የፍሳሽ ቱቦው በሃይድ (F₂) እና ብርቅዬ የምድር ጋዝ (አር) ድብልቅ የተሞላ መሆኑ ነው። በውስጡ ያሉት ኤሌክትሮኖች የሃይድ ሞለኪውሎችን ይለያሉ እና ionize ያደርጓቸዋል እና በአሉታዊ መልኩ የተሞሉ ionዎችን ይፈጥራሉ. አዎንታዊ ions አር⁺ እና አሉታዊ F^{- ምላሽ ሰጡ እና የ ArF ሞለኪውሎችን በማምረት ወደ አስጸያፊው የመሠረታዊ ሁኔታ እና ወደ ትውልድ ትውልድ ሲሸጋገሩ ወጥ የሆነ ጨረር. ኤክሰመር ሌዘር, አሁን ከግምት ውስጥ የምናስገባበት የአሠራር መርህ እና አተገባበር, ለፓምፕ መጠቀም ይቻላልማቅለሚያዎች ላይ ንቁ መካከለኛ።}

ፈሳሽ ሌዘር

ከጠጣር ንጥረ ነገሮች ጋር ሲነፃፀሩ ፈሳሾች የበለጠ ተመሳሳይነት ያላቸው እና ከጋዞች የበለጠ የነቁ አተሞች መጠጋጋት አላቸው። ከዚህ በተጨማሪ ለማምረት ቀላል ናቸው, ቀላል ሙቀትን ለማስወገድ እና በቀላሉ መተካት ይችላሉ. የሌዘር ኦፕሬሽን መርህ እንደ DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran) ፣ ሮዳሚን ፣ ስቲሪል ፣ ኤል.ዲ.ኤስ ፣ ኮማሪን ፣ stilbene ፣ ወዘተ ያሉ ኦርጋኒክ ማቅለሚያዎችን እንደ ንቁ መካከለኛ መጠቀም ነው ።., በተገቢው ፈሳሽ ውስጥ ይሟሟቸዋል. የቀለም ሞለኪውሎች መፍትሄ የሞገድ ርዝመታቸው ጥሩ የመጠጫ መጠን ባለው ጨረር ይደሰታል። የሌዘር አሠራር መርህ, በአጭሩ, ረዘም ያለ የሞገድ ርዝመት ማመንጨት, ፍሎረሰንስ ይባላል. በተቀማጭ ሃይል እና በሚለቀቁት ፎቶኖች መካከል ያለው ልዩነት ራዲየቲቭ ባልሆኑ የኢነርጂ ሽግግርዎች ጥቅም ላይ ይውላል እና ስርዓቱን ያሞቀዋል።

የፈሳሽ ኳንተም ማመንጫዎች ሰፊው የፍሎረሰንስ ባንድ ልዩ ባህሪ አለው - የሞገድ ርዝመት ማስተካከል። የክዋኔ መርህ እና የዚህ አይነት ሌዘር እንደ ተጣጣሚ እና ወጥነት ያለው የብርሃን ምንጭ መጠቀም በስፔክትሮስኮፒ፣ በሆሎግራፊ እና በባዮሜዲካል አፕሊኬሽኖች ውስጥ ከጊዜ ወደ ጊዜ አስፈላጊ እየሆነ መጥቷል።

በቅርብ ጊዜ፣ ቀለም ኳንተም ጀነሬተሮች ለ isootope መለያየት ጥቅም ላይ ውለዋል። በዚህ አጋጣሚ ሌዘር ከመካከላቸው አንዱን በመምረጥ ወደ ኬሚካላዊ ምላሽ እንዲገቡ ያነሳሳቸዋል።