Laser sebagai sumber sinaran elektromagnet

Laser – pembahagian bergantung pada medium aktif yang digunakan

Laser ialah akronim untuk Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation . Mereka bekerja dengan menguatkan cahaya yang dipancarkan dengan memaksa pelepasan. Mereka memancarkan sinaran elektromagnet dalam julat cahaya yang boleh dilihat, ultraviolet atau inframerah. Pengendalian laser adalah berdasarkan pelepasan yang dirangsang, yang terdiri daripada penyinaran atom teruja dengan sinaran tenaga yang ditentukan. Pembahagian laser yang paling umum adalah berdasarkan klasifikasinya bergantung pada medium aktif atau panjang gelombang sinaran yang dipancarkan. Dengan mengambil kira medium aktif yang terdapat dalam laser, kita boleh membezakan laser gas, cecair dan pepejal. Molekul, atom atau ion yang merupakan sebahagian daripada medium sedemikian berbeza dalam struktur tenaganya. Ia menentukan parameter paling penting laser. Di bawah adalah contoh laser yang paling penting, bergantung pada medium aktif yang digunakan. Dalam kurungan ialah julat panjang gelombang gelombang yang dipancarkan:

Laser gas

• Helium-neon (543 nm atau 633 nm)
• Argan (458nm, 488nm atau 514.5nm)
• Nitrik (337.1 nm)
• Kripton (647.1 nm, 676.4 nm)
• Karbon dioksida (10.6 μm)

Laser cecair

• Laser pewarna (400 nm – 700 nm)

Laser keadaan pepejal

• Laser delima (694.3 nm)
• Laser neodymium YAG
• Laser neodymium kaca
• Laser erbium YAG (1645 nm)
• Laser thulium YAG (2015 nm)

Ciri-ciri laser terpilih

• Laser argon

Laser argon tergolong dalam kumpulan laser ion gas. Medium aktif dalam kes ini dibentuk oleh ion argon. Laser ini boleh memancarkan lebih daripada 30 garisan dari ultraviolet hingga cahaya merah. Atom argon dipegang dalam tiub nyahcas pada tekanan kira-kira 0.1 Torr. Elektron yang dicipta semasa nyahcas berlanggar dengan atom argon. Mereka boleh secara langsung mengion dan merangsang mereka, menggerakkan atom dari keadaan dasar ke keadaan ion teruja. Satu lagi proses yang lebih berkesan ialah pengionan dua peringkat argon. Ion yang terbentuk dengan cara ini kemudiannya dipindahkan ke keadaan pengujaan yang lebih tinggi, yang dipanggil keadaan laser atas. Ini memungkinkan untuk menjana beberapa garisan spektrum dengan frekuensi yang berbeza.

• Laser helium-neon

Laser helium-neon adalah contoh laser gas, yang dibina pada tahun 1959. Cahaya dipancarkan sebagai hasil daripada penyongsangan populasi yang dipanggil. Helium dan neon diletakkan dalam nisbah 10:1 (jumlah tekanan hampir 1.3 hPa) dalam tiub kaca kuarza. Voltan dikenakan pada hujungnya, yang menyebabkan pelepasan dalam gas. Akibatnya, medan elektrostatik tercipta di dalam paip. Ia mempercepatkan elektron dan ion ke kelajuan tinggi. Oleh kerana terdapat lebih banyak atom helium di dalam laser sedemikian, elektron yang dipercepatkan memukulnya dengan lebih kerap dan menyebabkan pengujaan mereka kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi, yang secara relatifnya stabil untuk masa yang agak lama. Atom helium yang teruja seterusnya berlanggar dengan atom neon dan memindahkan tenaga pengujaan kepada mereka. Untuk gas ini, masa pengujaan pada tahap yang lebih tinggi adalah lebih besar daripada pada tahap yang lebih rendah, oleh itu, selepas beberapa ketika, apa yang dipanggil penyongsangan populasi berlaku.

• Laser karbon dioksida (molekul)

Laser sedemikian boleh beroperasi dalam kedua-dua mod berterusan dan nadi. Medium aktif dalam kes ini ialah campuran karbon dioksida (CO ₂ ), nitrogen (N ₂ ) dan helium (He) dalam nisbah isipadu 1: 1.3 : 1.7. Setiap daripada mereka memenuhi fungsi tertentu. Karbon dioksida ialah gas aktif, nyahcas elektrik, yang memberikan tenaga pengujaan, berlaku dalam nitrogen, manakala helium direka untuk menstabilkan plasma CO ₂ dan menghilangkan haba yang terhasil. Nyahcas elektrik yang berlaku dalam campuran karbon dioksida dan nitrogen menyebabkan pengujaan molekul N ₂ yang sangat berkesan. Oleh kerana molekul sedemikian mempunyai nukleus yang sama, peralihan dipol adalah dilarang. Tenaga hilang hanya akibat perlanggaran. Jika terdapat molekul karbon dioksida dalam tiub laser molekul, sebagai akibat daripada kebetulan yang baik tahap N ₂ dan CO ₂ yang teruja, perlanggaran jenis kedua menyebabkan pengujaan molekul CO ₂ dan kembali ke keadaan asas N ₂ molekul. Dalam kes ini, penyongsangan dalam campuran dicapai dengan lebih mudah daripada dalam pureCO ₂ .

• Laser rubi

Ia telah dibina pada tahun 1960 oleh Theodore Maiman. Bahan aktif yang bertanggungjawab untuk sifat-sifat laser delima ialah delima (aluminium trioksida, Al ₂ O ₃ , di mana beberapa atom aluminium digantikan oleh atom kromium Cr ³⁺ ). Laser rubi beroperasi dalam denyutan, memancarkan sinaran dalam julat cahaya merah yang boleh dilihat. Bahagian tengah laser ialah batang delima dengan lampu kilat di atasnya. Kilatan cahaya yang kuat yang datang daripadanya merangsang beberapa atom delima kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi. Sebaliknya, atom delima merangsang atom lain dengan cara ini dengan menghantar foton. Pada kedua-dua belah batang delima terdapat cermin yang meningkatkan kesan ini. Salah satunya adalah separa telap, dan foton yang terlepas melaluinya adalah pancaran laser yang terhasil. Laser ruby kini kebanyakannya mempunyai kepentingan sejarah. Penggunaannya terhad kepada holografi atau penyingkiran tatu.