Лазер
Лазер - устройство, которое излучает свет (электромагнитная радиация) посредством процесса, названного стимулируемой эмиссией. Термин "лазер" является акронимом для Легкого Увеличения Стимулируемой Эмиссией Радиации. Лазерный свет обычно пространственно последовательный, что означает, что свет или излучается в узком, луче низкого расхождения или может быть преобразован в один с помощью оптических компонентов, таких как линзы. Как правило, лазеры считаются излучением света с узким спектром длины волны (“ монохроматический” свет). Это неверно для всех лазеров, однако: некоторые излучают свет с широким спектром, в то время как другие излучают свет в многократных отличных длинах волны одновременно. Последовательность типичной лазерной эмиссии отличительная. Большинство других источников света испускает некогерентный свет, у которого есть фаза, которая изменяется беспорядочно со временем и положением. Активная лазерная среда среды или выгоды - источник оптической выгоды в пределах лазера. Выгода следует из стимулируемой эмиссии электронных или молекулярных переходов к более низкому энергетическому государству от более высокого энергетического государства, ранее населенного источником насоса.
Терминология
Слово лазер начал как сокращение от "легкого увеличения стимулируемой эмиссией радиации". Свет слова в этой фразе используется в более широком смысле, относясь к электромагнитной радиации любой частоты, не только этого в видимом спектре. Следовательно, есть инфракрасные лазеры, ультрафиолетовые лазеры, делают рентген лазеров и т.д. Поскольку микроволновый эквивалент лазера, квантового генератора, был развит сначала, устройства, которые испускают микроволновую печь, и радиочастоты обычно называют квантовыми генераторами. В ранней литературе, особенно от исследователей в Bell Telephone Laboratories, лазер часто называли оптическим квантовым генератором. Это использование с тех пор стало необычным, и с 1998 даже Bell Labs использует термин лазер.
Сформированный спиной глагол, чтобы излучить когерентный свет означает “производить лазерный свет" или, "чтобы применить лазерный свет ”. "Слово "лазер" иногда используется, чтобы описать другие нелегкие технологии. Например, источник атомов в едином государстве называют “лазером атома”.
Дизайн
Лазер состоит из среды усиливающий в очень рефлексивной оптической впадине, так же как средства поставлять энергию среде выгоды. Среда выгоды - материал со свойствами, которые позволяют ей усиливать свет стимулируемой эмиссией. В ее самой простой форме впадина состоит из двух зеркал, устроенных таким образом, что свет подпрыгивает назад и вперед, каждый раз проходя через среду выгоды. Как правило, одно из двух зеркал, сцепного прибора продукции, частично прозрачно. Лазерный луч продукции испускается через это зеркало.
Свет определенной длины волны, которая проходит через среду выгоды, усилен (увеличения власти); окружающие зеркала гарантируют, что большая часть света делает много проходов хотя среда выгоды, усиливаясь неоднократно. Часть света, который является между зеркалами (то есть, в пределах впадины) проходит через частично прозрачное зеркало и убегает как пучок света.
Процесс поставки энергии, требуемой для увеличения, называют, качая. Энергия, как правило, поставляется как электрический ток или как свет в различной длине волны. Такой свет может быть обеспечен лампой вспышки или возможно другим лазером. Большинство практических лазеров содержит дополнительные элементы, которые затрагивают свойства, такие как длина волны излучаемого света и форма луча.
Лазерная безопасность
Лазерная безопасность - предотвращение лазерных несчастных случаев, особенно те, которые вовлекают повреждения глаз. Так как даже относительно небольшие количества лазерного света могут привести к постоянным повреждениям глаз.
Лазер Класса 1 безопасен для всех условий использования кроме тех случаев, когда прошел через увеличение оптики, такой как микроскопы и телескопы. Лазеры производят лучи большого диаметра или лучи, которые являются расходящимися. MPE для лазера не может обычно превышаться, если сосредоточение или оптика отображения не используется, чтобы сузить луч. Если луч перефокусирован, лазеры опасности могут быть увеличены, и класс продукта может быть изменен. Лазер может быть классифицированным, если власть общего объема производства ниже класса 3B, но власть, которая может пройти через ученика глаза, в пределах.
Лазер Класса 2 безопасен, потому что отражение мерцания ограничит воздействие не больше, чем 0.25 секунд. Это только относится к видимо-легким лазерам (400-700 нм). Лазеры класса 2 ограничены непрерывной волной на 1 мВт, или больше, если время эмиссии составляет меньше чем 0.25 секунды или если свет не пространственно последовательный. Намеренное подавление отражения мерцания могло привести к повреждениям глаз. Много лазерных указателей - класс 2. Лазер безопасен из-за отражения мерцания, если не рассматриваемый через оптические инструменты. Как с классом, это относится к лазерным лучам с большим диаметром или большим расхождением, для которого количество света, проходящего через ученика, не может превысить пределы для класса 2.
Лазер Класса 3 считают безопасным, если обработано тщательно с ограниченным рассмотрением луча. С лазером MPE может быть превышен, но с низким риском раны. Видимые непрерывные лазеры в ограничены 5 мВт. Для сlear длин волны и для пульсировавших лазеров, применяются другие пределы. Лазер опасен, если глаз выставлен непосредственно, но разбросанные размышления, такой как из бумаги или других матовых поверхностей не вредны. Непрерывные лазеры в диапазоне длины волны от 315 нм до инфракрасного далекого ограничены 0.5 Вт. Для пульсировавших лазеров между 400 и 700 нм предел составляет 30 мДж. Другие пределы относятся к другим длинам волны, и к ультракороткому пульсировал лазеры. Защитные очки, как правило, требуются, где прямое рассмотрение лазерного луча класса 3B может произойти. Лазеры класса-3B должны быть оборудованы ключевым выключателем, и безопасность сцепляются.
Лазеры класса 4 включают все лазеры с властью луча, больше, чем класс 3. По определению лазер класса 4 может сжечь кожу, в дополнение к потенциально разрушительным и постоянным повреждениям глаз в результате прямого или разбросанного рассмотрения луча. Эти лазеры могут зажечь горючие материалы, и таким образом могут представлять пожароопасность. Лазеры класса 4 должны быть оборудованы ключевым выключателем, и безопасность сцепляются. Многие индустриальные, научные, военные, и медицинские лазеры находятся в этой категории.
Типы и принципы действия
Газовые лазеры
Газовые лазеры, используют много газов, образовывают и используют во многих целях
Неоновый гелием лазер (HeNe) испускает во множестве длин волны, и единицы, работающие в 633 нм, очень распространены в образовании из-за его низкой цены.
Лазеры углекислого газа могут испустить сотни киловатт в 9.6 м и 10.6 м, и часто используются в промышленности для сокращения и сварки. Эффективность лазера CO2 составляет более чем 10%.
Лазеры иона аргона излучают свет в диапазоне 351-528.7 нм. В зависимости от оптики и лазерной трубы различное число линий годно к употреблению, но обычно используемые линии составляют 458 нм, 488 нм и 514.5 нм.
Азотом поперечная электрическая разгрузка в газе атмосферное давление (TEA) лазер является недорогой газовый лазерный Ультрафиолетовый свет производства в 337.1 нм.
Металлические лазеры иона - газовые лазеры, которые производят глубокие ультрафиолетовое излучение длины волны. Гелий-серебра (HeAg) 224 nm и неоново-медный (NeCu) 248 nm являются двумя примерами. У этих лазеров есть особенно узкое колебание ширины спектральной линии меньше чем 3 ГГц (0.5 пикометр), делая их, кандидатами на использование во флюоресценции подавили спектроскопию Раман.
Химические лазеры
Химические лазеры приведены в действие химической реакцией и могут достигнуть больших мощностей в непрерывном
операция. Например, в Водородном лазере фторида (2700-2900 нм) и лазере фторида Дейтерия (3800 нм) реакция - комбинация газа водорода или дейтерия с продуктами сгорания этилена в азоте трехфтористое соединение. Они были изобретены Джорджем К. Пиментелем.
Лазеры Эксимер
Лазеры эксимерен приведены в действие химической реакцией, вовлекающей взволнованный димером или эксимером, который является недолгой димерной или гетеродимерной молекулой, сформированной из двух разновидностей (атомы), по крайней мере, один из которых находится во взволнованном электронном состоянии. Они, как правило, производят ультрафиолетовый свет и используются в фотолитографии полупроводника и в хирургии глаза LASIK. Используемые эксимерен молекулы обычно включают F2 (фтор, испускающий в 157 нм), и благородные газовые составы (ArF [193 нм], KrCl [222 нм], KrF [248 нм], XeCl [308 нм] и XeF [351 нм]).
Эксимерных лазеров
Эксимерные лазеры рассчитаны на питание от химической реакции с участием возбужденных димеров, или эксимерного, которая является недолгим димерных или гетеродимерный молекулу, образованную из двух видов (атомов), по крайней мере один из которых находится в возбужденном электронном состоянии. Как правило, они производят ультрафиолетовый свет, и используются в полупроводниковой фотолитографии и в хирургии глаза LASIK. Commonlу использованы эксимерных молекул включают F2 (фтор, излучающие на 157 нм), а также соединений благородных газов (АРФ [193 нм], KrCl [222 нм], KrF [248 нм], XeCl [308 нм] и ХеР [351 нм]).
Твердотельные лазеры
Материалы твердотельного лазера обычно делаются, "лакируя" прозрачного солидного хозяина с ионами, которые обеспечивают необходимые энергетические государства. Например, первый рабочий лазер был рубиновым лазером, сделанным из рубина (лакируемый хромом корунд). Инверсия населения фактически сохраняется в "допанте", таком как хром или неодимий. Формально, класс твердотельных лазеров включает также лазер волокна, как активная среда (волокно) находится в твердом состоянии фактически в научной литературе, твердотельный лазер обычно означает лазер с большой частью активная среда, в то время как лазеры волновода - лазеры волокна посетителя.
"Лазеры полупроводника" являются также твердотельными лазерами, но в общепринятой лазерной терминологии, "твердотельный лазер" исключает лазеры полупроводника, у которых есть их собственное имя.
Неодимий - общий "допант" в различных кристаллах твердотельного лазера, включая иттрий ортованадата (Nd:YV04), фторид лития иттрия (Nd:YLF) и алюминиевый гранат иттрия (Nd:YAG). Все эти лазеры могут произвести большие мощности в инфракрасном спектре в 1064 нм. Они используются для того, чтобы сократиться, сваривая и отмечая металлов и других материалов, и также в спектроскопии и для того, чтобы накачать лазеры краски. Эти лазеры - также обычно частота, удвоенная, утроенная или увеличенная в четыре раза, чтобы произвести 532 нм (зеленый, видимый), (ультрафиолетовый) и (ультрафиолетовый) свет на 266 нм на 355 нм, когда те длины волны необходимы.
Иттербий, гольмий, тулий, и эрбий - другие общие "допанты" в твердотельных лазерах. Иттербий используется в кристаллах, таких как Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF2, типично операционные приблизительно 1020-1050 нм. Они потенциально очень эффективны, и высоки движущияся на большой скорости из-за маленького квантового дефекта
Чрезвычайно большие мощности в ультракоротком пульсе могут быть достигнуты с Yb:YAG. Лакируемые гольмием кристаллы YAG испускают в 2097 нм и формируют эффективное лазерное действие в инфракрасных длинах волны, сильно поглощенных, водой-имея ткани. Хо-ЯГОМ обычно управляют в пульсировавшем способе и проходят оптоволокно хирургические устройства, чтобы повторно появиться суставы, удалить гниль из зубов, выпарить раковые образования и распылить почку и желчные камни. Лакируемый титаном сапфир (Ti:sapphire) производит очень настраиваемый инфракрасный лазер, обычно используемый для спектроскопии так же как наиболее распространенного ультракороткого лазера пульса. Тепловые ограничения в твердотельных лазерах являются результатом не переделанной власти насоса, которая проявляется как энергия фонона и высокая температура. Эта высокая температура, когда вместе с высоким термо-оптическим коэффициентом (dn/dT) может дать начало тепловому линзообразному залеганию так же как уменьшенной квантовой эффективности. Эти типы проблем могут быть преодолены другим романом накачанный диодом твердотельный лазер, накачанный диодом тонкий дисковый лазер. Тепловые ограничения в этом лазерном типе смягчены при помощи лазерной средней геометрии, в которой толщина намного меньше, чем диаметр луча насоса. Это учитывает более ровный тепловой градиент в материальных Тонких дисковых лазерах, как, показывали, произвели до уровней киловатта власти.