|
|
Изобразите на рисунке энергетическую трехуровневую систему, используемую в рубиновом лазере. Объясните принцип работы рубинового лазера ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5 Атомы возбуждаются за счет поглощения света. На рисунке 12.7 изображены три энергетических уровня.
Устройство рубинового лазера. Из кристалла рубина изготовляют стержень с плоскопараллельными торцами. Газоразрядная лампа, имеющая форму спирали (рис. 12.8), дает сине-зеленый свет. Кратковременный импульс тока от батареи конденсаторов емкостью в несколько тысяч микрофарад вызывает яркую вспышку лампы. Спустя малое время энергетический уровень 2 становится «перенаселенным». В результате самопроизвольных переходов 2 —> 1 начинают излучаться волны всевозможных направлений. Те из них, которые идут под углом к оси кристалла, выходят из него и не играют в дальнейших процессах никакой роли. Но волна, идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от его торцов. Она вызывает индуцированное излучение возбужденных ионов хрома и быстро усиливается.
25. Изобразите на рисунке энергетическую четырехуровневую систему, используемую в гелиевом лазере. Объясните принцип работы гелий-неонового лазера Рассмотрим энергетическую схему уровней гелия и неона (рис.3.4). Генерация происходит между уровнями неона, а гелий добавляется для осуществления процесса накачки. Как видно из рисунка, уровни 23S1 и 21S0гелия расположены, соответственно, близко к уровням 2s и 3s неона. Поскольку уровни гелия 23S1 и 21S0являются метастабильными, то при столкновении метастабильных возбужденных атомов гелия с атомами неона, произойдет резонансная передача энергии к атомам неона (соударения второго рода). Таким образом, уровни 2s и 3s неона могут заселяться и, следовательно, с этих уровней может идти генерация. Время жизни s-состояний (ts»100 нс) намного больше времени жизни р -состояний (tр»10 нс), поэтому выполняется условие для работы лазера по четырехуровневой схеме: 11S Þ (3s, 2s) Þ(3p,2p) Þ 1s. Лазерная генерация возможна на одном из переходов a, b, c соответственно с длинами волн lа=3,39 мкм, lb=0,633 мкм, lс=1,15 мкм, которые можно получить подбором коэффициента отражения зеркал резонатора или введением в резонатор дисперсионных элементов.
Рассмотрим генерационую характеристику такого лазера.
Рис.3.5. Генерационная характеристика гелий-неонового лазера. Первоначальный рост выходной мощности при увеличении тока накачки объясняется инверсией населенности. После достижения максимальной мощности при дальнейшем увеличении тока накачки кривая начинает спадать. Это объясняется тем, что 2р и 1s уровни не успевают релаксировать, т.е. электроны не успевают перейти на низкий энергетический уровень и количество электронов на соседних 2р и 1s уровнях становится одинаковым. В этом случае отсутствует инверсия. КПД гелий-неоновых лазеров имеет порядок 0,1 %, что объясняется низкой объемной плотностью возбужденных частиц. Выходная мощность типичного He-Ne –лазера P ~5-50 мВт, расходимость q ~1 мрад. Гелий-неоновые лазеры часто используются в лабораторных опытах и оптике. Имеет рабочую длину волны 632,8 нм, расположенную в красной части видимого спектра.
Устройство гелий-неонового лазера Рабочим телом гелий-неонового лазера служит смесь гелия и неона в пропорции 5:1, находящаяся в стеклянной колбе под низким давлением (обычно около 300 Па). Энергия накачки подаётся от двух электрических разрядников с напряжением около 1000—5000 вольт. Резонатор такого лазера обычно состоит из двух зеркал — полностью непрозрачного с одной стороны колбы и второго, пропускающего через себя около 1 % падающего излучения на выходной стороне устройства. Гелий-неоновые лазеры компактны, типичный размер резонатора — от 15 см до 2 м, их выходная мощность варьируется от 1 до 100 мВт. В газовом разряде в смеси гелия и неона образуются возбуждённые атомы обоих элементов. При этом оказывается, что энергии метастабильного уровня гелия 1S0 и излучательного уровня неона 2p55s2[1/2] оказываются примерно равными — 20.616 и 20.661 эВ соответственно. Передача возбуждения между двумя этими состояниями происходит в следующем процессе: He* + Ne + ΔE → He + Ne* и её эффективность оказывается очень большой (где (*) показывает возбуждённое состояние, а ΔE — различие энергетических уровней двух атомов.) Заселённость уровня неона 2p55s2[1/2] возрастает и в определённый момент становится больше чем у нижележащего уровня 2p53p2[3/2]. Наступает инверсия заселённости уровней — среда становится способной к лазерной генерации. При переходе атома неона из состояния 2p55s2[1/2] в состояние 2p53p2[3/2] испускается излучение с длиной волны 632.816 нм. Состояние 2p53p2[3/2] атома неона также является излучательным с малым временем жизни и поэтому это состояние быстро девозбуждается в систему уровней 2p53s, а затем и в основное состояние 2p6 — либо за счёт испускания резонансного излучения (излучающие уровни системы 2p53s), либо за счёт соударения со стенками (метастабильные уровни системы 2p53s). Кроме того, при правильном выборе зеркал резонатора можно получить лазерную генерацию и на других длинах волн: 3.39 мкм, 1.15 мкм, 543,5 нм (зелёный), 594 нм (жёлтый) или 612 нм (оранжевый). Спектральная ширина полосы излучения гелий-неонового лазера довольно мала и составляет около 1,5 ГГц. Узость спектра генерации делает гелий-неоновые лазеры хорошими источниками излучения для использования в интерферометрии, голографии, спектроскопии, а также в устройствах считывания штрих-кодов. ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение атомных ядер одного химического элемента в ядра атомов другого химического элемента, сопровождаемое радиоактивным излучением. Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Три вида радиоактивного излучения В 1899 г. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух компонентов, которые он назвал "альфа-лучи" и "бета-лучи". Альфа-излучение (альфа лучи) - это поток полностью ионизированных ядер атомов гелия. Проникающая способность маленькая Бета-излучение (бета-лучи) - это поток электронов. Проникающая способность выше чем у альфа-лучей
Гамма-излучение (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение. Электромагнитные кванты гамма-излучения не имеют массы покоя и электрического заряда, поэтому при прохождении через вещество они очень слабо взаимодействуют с ядрами и электронами. Их энергия почти не меняется, поэтому гамма-излучение обладает большой проникающей способностью. Защитой от гамма-излучения является толстый слой свинца. Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом. Постоянная распада λ - вероятность распада ядра в единицу времени.
Проинтегрировав (1) получим закон радиоактивного распада
N0 - количество радиоактивных ядер в момент времени t = 0. Cреднее время жизни τ -
На практике получила большее распространение другая временная характеристика — период полураспада T1/2 - время, за которое первоначальное количество радиоактивных ядер уменьшится в два раза
] Период полураспада – величина строго индивидуальная для каждого радиоизотопа. У одного и того же элемента могут быть изотопы с разными периодами полураспада.
  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Один из торцов рубинового стержня делают зеркальным, а другой — полупрозрачным. Через полупрозрачный торец выходит мощный кратковременный импульс красного света. Волна является когерентной.
.