లేజర్ - పరికరం మరియు ఆపరేషన్ సూత్రం

మాధ్యమం గుండా వెళుతున్నప్పుడు కాంతి యొక్క సాధారణ ప్రవర్తన

సాధారణంగా, కాంతి మాధ్యమం గుండా వెళుతున్నప్పుడు, దాని తీవ్రత తగ్గుతుంది. ఈ అటెన్యుయేషన్ యొక్క సంఖ్యా విలువను బౌగర్ చట్టం నుండి కనుగొనవచ్చు:

ఈ సమీకరణంలో, నేను మాధ్యమంలోకి ప్రవేశించే మరియు నిష్క్రమించే కాంతి తీవ్రతలకు అదనంగా, మాధ్యమం యొక్క సరళ కాంతి శోషణ గుణకం అని పిలువబడే ఒక అంశం కూడా ఉంది. సాంప్రదాయ ఆప్టిక్స్లో, ఈ గుణకం ఎల్లప్పుడూ సానుకూలంగా ఉంటుంది.

ప్రతికూల కాంతి శోషణ

కొన్ని కారణాల వల్ల శోషణ గుణకం ప్రతికూలంగా ఉంటే? తరువాత ఏమిటి? మీడియం గుండా వెళుతున్నప్పుడు కాంతి యొక్క విస్తరణ ఉంటుంది; నిజానికి, మాధ్యమం ప్రతికూల శోషణను చూపుతుంది.

అటువంటి చిత్రాన్ని పరిశీలించే పరిస్థితులు కృత్రిమంగా సృష్టించబడతాయి. ప్రతిపాదిత దృగ్విషయాన్ని అమలు చేసే మార్గానికి సంబంధించిన సైద్ధాంతిక భావన 1939లో సోవియట్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త వాలెంటిన్ అలెగ్జాండ్రోవిచ్ ఫాబ్రికాంత్చే రూపొందించబడింది.

దాని గుండా వెళుతున్న ఒక ఊహాజనిత కాంతి-విస్తరించే మాధ్యమాన్ని విశ్లేషించే క్రమంలో, ఫాబ్రికాంత్ కాంతి-విస్తరణ సూత్రాన్ని ప్రతిపాదించాడు. మరియు 1955 లోసోవియట్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు నికోలాయ్ గెనాడివిచ్ బసోవ్ మరియు అలెగ్జాండర్ మిఖైలోవిచ్ ప్రోఖోరోవ్ ఈ ఫాబ్రికాంట్ ఆలోచనను విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటంలోని రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రాంతానికి వర్తింపజేసారు.

ప్రతికూల శోషణ అవకాశం యొక్క భౌతిక వైపు పరిగణించండి. ఆదర్శవంతమైన రూపంలో, పరమాణువుల శక్తి స్థాయిలను పంక్తులుగా సూచించవచ్చు - ప్రతి రాష్ట్రంలోని అణువులు E1 మరియు E2 శక్తులను మాత్రమే ఖచ్చితంగా నిర్వచించాయి. దీని అర్థం రాష్ట్రం నుండి స్థితికి మారుతున్నప్పుడు, ఒక పరమాణువు ఖచ్చితంగా నిర్వచించబడిన తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క ఏకవర్ణ కాంతిని విడుదల చేస్తుంది లేదా గ్రహిస్తుంది.

కానీ వాస్తవికత ఆదర్శానికి దూరంగా ఉంది మరియు వాస్తవానికి అణువుల శక్తి స్థాయిలు నిర్దిష్ట పరిమిత వెడల్పును కలిగి ఉంటాయి, అనగా అవి ఖచ్చితమైన విలువల రేఖలు కావు. అందువల్ల, స్థాయిల మధ్య పరివర్తన సమయంలో, ఒక నిర్దిష్ట శ్రేణి ఉద్గార లేదా శోషించబడిన పౌనఃపున్యాల dv కూడా ఉంటుంది, ఇది పరివర్తన జరిగే శక్తి స్థాయిల వెడల్పుపై ఆధారపడి ఉంటుంది. E1 మరియు E2 యొక్క విలువలు పరమాణువు యొక్క మధ్యస్థ శక్తి స్థాయిలను మాత్రమే సూచించడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

కాబట్టి, E1 మరియు E2 శక్తి స్థాయిల మధ్య బిందువులు అని మేము భావించాము కాబట్టి, ఈ రెండు స్థితులలో పరమాణువును పరిగణించవచ్చు. E2>E1ని అనుమతించండి. ఒక అణువు ఈ స్థాయిల మధ్య వెళ్ళినప్పుడు విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని గ్రహించగలదు లేదా విడుదల చేస్తుంది. భూమి స్థితి E1లో ఉన్నందున, ఒక అణువు E2-E1 శక్తితో బాహ్య వికిరణాన్ని గ్రహించి, ఉత్తేజిత స్థితి E2లోకి ప్రవేశించిందని అనుకుందాం (అటువంటి పరివర్తన యొక్క సంభావ్యత ఐన్‌స్టీన్ గుణకం B12కి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది).

ఉత్తేజిత స్థితిలో E2, E2-E1 శక్తితో బాహ్య రేడియేషన్ చర్యలో ఉన్న అణువు E2-E1 శక్తితో క్వాంటంను విడుదల చేస్తుంది మరియు E1 శక్తితో భూమి స్థితికి మారవలసి వస్తుంది (అటువంటి పరివర్తన యొక్క సంభావ్యత దీనికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది ఐన్స్టీన్ కోఎఫీషియంట్ B21).

వాల్యూమ్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ w (v)తో ఏకవర్ణ వికిరణం యొక్క సమాంతర పుంజం ఒక పదార్ధం గుండా వెళితే, దీని పొర యూనిట్ క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతం మరియు మందం dx కలిగి ఉంటుంది, అప్పుడు దాని తీవ్రత విలువ ద్వారా మారుతుంది:

ఇక్కడ n1 అనేది E1 స్థితులలోని పరమాణువుల ఏకాగ్రత, n2 అనేది E2 స్థితులలోని పరమాణువుల సాంద్రత.

సమీకరణం యొక్క కుడి వైపున ఉన్న పరిస్థితులను భర్తీ చేయడం, B21 = B12 అని ఊహిస్తూ, ఆపై B21 కోసం వ్యక్తీకరణను భర్తీ చేయడం ద్వారా, మేము ఇరుకైన శక్తి స్థాయిలలో కాంతి తీవ్రతలో మార్పు కోసం సమీకరణాన్ని పొందుతాము:

ఆచరణలో, పైన పేర్కొన్నట్లుగా, శక్తి స్థాయిలు అనంతంగా ఇరుకైనవి కావు, కాబట్టి వాటి వెడల్పును పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. పరివర్తనల వివరణ మరియు ఫార్ములాల సమూహంతో కథనాన్ని అస్తవ్యస్తం చేయకుండా ఉండటానికి, ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిని నమోదు చేసి, ఆపై xపై సమగ్రపరచడం ద్వారా, మేము సగటు యొక్క నిజమైన శోషణ గుణకాన్ని కనుగొనే సూత్రంతో ముగుస్తాము:

థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్య పరిస్థితులలో, తక్కువ శక్తి స్థితి E1లోని పరమాణువుల ఏకాగ్రత n1 ఎల్లప్పుడూ అధిక స్థితి E2లోని పరమాణువుల ఏకాగ్రత n2 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి, సాధారణ పరిస్థితుల్లో ప్రతికూల శోషణ అసాధ్యం, అది విస్తరించడం అసాధ్యం. ఎటువంటి అదనపు చర్యలు తీసుకోకుండా నిజమైన పర్యావరణం గుండా వెళ్లడం ద్వారా కాంతి...

ప్రతికూల శోషణ సాధ్యం కావడానికి, మాధ్యమంలో ఉత్తేజిత స్థితి E2 లోని అణువుల సాంద్రత భూమి స్థితి E1 లోని అణువుల సాంద్రత కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు పరిస్థితులను సృష్టించడం అవసరం, అనగా, నిర్వహించడం అవసరం. వాటి శక్తి స్థితుల ప్రకారం మాధ్యమంలో పరమాణువుల రివర్స్ పంపిణీ.

పర్యావరణం యొక్క శక్తి పంపింగ్ అవసరం

శక్తి స్థాయిల యొక్క విలోమ జనాభాను నిర్వహించడానికి (క్రియాశీల మాధ్యమాన్ని పొందేందుకు) పంపింగ్ (ఉదా ఆప్టికల్ లేదా ఎలక్ట్రికల్) ఉపయోగించబడుతుంది. ఆప్టికల్ పంపింగ్‌లో పరమాణువుల ద్వారా రేడియేషన్‌ను గ్రహించడం జరుగుతుంది, దీని కారణంగా ఈ అణువులు ఉత్తేజిత స్థితికి వెళతాయి.

గ్యాస్ మాధ్యమంలో ఎలక్ట్రికల్ పంపింగ్ గ్యాస్ డిచ్ఛార్జ్‌లో ఎలక్ట్రాన్‌లతో అస్థిర ఘర్షణల ద్వారా అణువుల ఉత్తేజాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఫాబ్రికాంత్ ప్రకారం, పరమాణువుల యొక్క కొన్ని తక్కువ-శక్తి స్థితులను పరమాణు మలినాలు ద్వారా తప్పనిసరిగా తొలగించాలి.

రెండు-స్థాయి మాధ్యమంలో ఆప్టికల్ పంపింగ్‌ను ఉపయోగించి క్రియాశీల మాధ్యమాన్ని పొందడం ఆచరణాత్మకంగా అసాధ్యం, ఎందుకంటే పరిమాణాత్మకంగా ఈ సందర్భంలో స్టేట్ E1 నుండి స్థితి E2కి మరియు దీనికి విరుద్ధంగా (!) యూనిట్ సమయానికి అణువుల పరివర్తన సమానంగా ఉంటుంది, అంటే కనీసం మూడు-స్థాయి వ్యవస్థను ఆశ్రయించడం అవసరం.

మూడు-దశల పంపింగ్ వ్యవస్థను పరిగణించండి. ఫోటాన్ శక్తి E3-E1తో బాహ్య రేడియేషన్ మాధ్యమంపై పని చేయనివ్వండి, అయితే మాధ్యమంలోని అణువులు E1 శక్తితో స్థితి నుండి E3 శక్తితో స్థితికి వెళతాయి. E3 శక్తి స్థితి నుండి, E2 స్థితికి మరియు E1కి ఆకస్మిక పరివర్తనాలు సాధ్యమే. విలోమ జనాభాను పొందేందుకు (ఇచ్చిన మాధ్యమంలో E2 స్థాయితో ఎక్కువ పరమాణువులు ఉన్నప్పుడు), E3 కంటే E2 స్థాయిని ఎక్కువ కాలం జీవించేలా చేయడం అవసరం. దీని కోసం, కింది షరతులకు అనుగుణంగా ఉండటం ముఖ్యం:

ఈ షరతులకు అనుగుణంగా ఉండటం వలన E2 స్థితిలో ఉన్న పరమాణువులు ఎక్కువసేపు ఉంటాయి, అంటే E3 నుండి E1కి మరియు E3 నుండి E2 వరకు ఆకస్మిక పరివర్తనాల సంభావ్యత E2 నుండి E1కి ఆకస్మిక పరివర్తనల సంభావ్యతను మించిపోయింది. అప్పుడు E2 స్థాయి ఎక్కువసేపు ఉంటుంది మరియు E2 స్థాయిలో అటువంటి స్థితిని మెటాస్టేబుల్ అని పిలుస్తారు. అందువల్ల, ఫ్రీక్వెన్సీ v = (E3 — E1) / h ఉన్న కాంతి అటువంటి క్రియాశీల మాధ్యమం గుండా వెళుతున్నప్పుడు, ఈ కాంతి విస్తరించబడుతుంది. అదేవిధంగా, నాలుగు-స్థాయి వ్యవస్థను ఉపయోగించవచ్చు, అప్పుడు E3 స్థాయి మెటాస్టేబుల్ అవుతుంది.

లేజర్ పరికరం

అందువల్ల, లేజర్ మూడు ప్రధాన భాగాలను కలిగి ఉంటుంది: క్రియాశీల మాధ్యమం (దీనిలో పరమాణువుల శక్తి స్థాయిల జనాభా విలోమం సృష్టించబడుతుంది), పంపింగ్ సిస్టమ్ (జనాభా విలోమాన్ని పొందే పరికరం) మరియు ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ (ఇది రేడియేషన్‌ను పెంచుతుంది. అనేక సార్లు మరియు అవుట్పుట్ యొక్క నిర్దేశిత పుంజం ఏర్పరుస్తుంది). క్రియాశీల మాధ్యమం ఘన, ద్రవ, వాయువు లేదా ప్లాస్మా కావచ్చు.

పంపింగ్ నిరంతరంగా లేదా పల్సెడ్ చేయబడుతుంది. నిరంతర పంపింగ్తో, మీడియం యొక్క సరఫరా మీడియం యొక్క వేడెక్కడం మరియు ఈ వేడెక్కడం యొక్క పరిణామాల ద్వారా పరిమితం చేయబడింది. పల్సెడ్ పంపింగ్‌లో, ప్రతి వ్యక్తి పల్స్ యొక్క పెద్ద శక్తి కారణంగా మాధ్యమంలోకి పీస్‌మీల్‌గా ప్రవేశపెట్టిన ఉపయోగకరమైన శక్తి మరింత ఎక్కువగా పొందబడుతుంది.

వివిధ లేజర్లు — వివిధ పంపింగ్

సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లు పని చేసే మాధ్యమాన్ని శక్తివంతమైన గ్యాస్-డిశ్చార్జ్ ఫ్లాషెస్, ఫోకస్డ్ సన్‌లైట్ లేదా మరొక లేజర్‌తో రేడియేట్ చేయడం ద్వారా పంప్ చేయబడతాయి.ఇది ఎల్లప్పుడూ పల్సెడ్ పంపింగ్, ఎందుకంటే శక్తి చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, పని రాడ్ నిరంతర చర్యలో కూలిపోతుంది.

లిక్విడ్ మరియు గ్యాస్ లేజర్‌లు విద్యుత్ ఉత్సర్గతో పంప్ చేయబడతాయి.రసాయన లేజర్‌లు వాటి క్రియాశీల మాధ్యమంలో రసాయన ప్రతిచర్యలు సంభవిస్తాయని ఊహిస్తాయి, దీని ఫలితంగా అణువుల యొక్క విలోమ జనాభా ప్రతిచర్య ఉత్పత్తుల నుండి లేదా తగిన స్థాయి నిర్మాణంతో ప్రత్యేక మలినాలనుండి పొందబడుతుంది.

సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు pn జంక్షన్ ద్వారా లేదా ఎలక్ట్రాన్ పుంజం ద్వారా ఫార్వర్డ్ కరెంట్ ద్వారా పంప్ చేయబడతాయి. అదనంగా, ఫోటోడిసోసియేషన్ లేదా గ్యాస్ డైనమిక్ పద్ధతి (వేడి వాయువుల ఆకస్మిక శీతలీకరణ) వంటి పంపింగ్ పద్ధతులు ఉన్నాయి.

ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ - లేజర్ యొక్క గుండె

ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ అనేది ఒక జత అద్దాల వ్యవస్థ, సరళమైన సందర్భంలో, రెండు అద్దాలు (పుటాకార లేదా సమాంతరంగా) ఒకదానికొకటి ఎదురుగా స్థిరంగా ఉంటాయి మరియు వాటి మధ్య ఒక సాధారణ ఆప్టికల్ అక్షం వెంట క్రిస్టల్ రూపంలో క్రియాశీల మాధ్యమం ఉంటుంది. గ్యాస్ తో cuvette. మాధ్యమం ద్వారా ఒక కోణంలో ప్రయాణిస్తున్న ఫోటాన్‌లు దానిని పక్కకు వదిలివేస్తాయి మరియు అక్షం వెంట కదులుతున్నవి, అనేక సార్లు ప్రతిబింబిస్తాయి, విస్తరించబడతాయి మరియు అపారదర్శక అద్దం ద్వారా నిష్క్రమిస్తాయి.

ఇది లేజర్ రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది - పొందికైన ఫోటాన్‌ల పుంజం - ఖచ్చితంగా దర్శకత్వం వహించిన పుంజం. అద్దాల మధ్య కాంతి యొక్క ఒక మార్గంలో, లాభం యొక్క పరిమాణం తప్పనిసరిగా ఒక నిర్దిష్ట థ్రెషోల్డ్‌ను అధిగమించాలి - రెండవ అద్దం ద్వారా రేడియేషన్ నష్టం మొత్తం (అద్దం బాగా ప్రసారం చేస్తుంది, ఈ థ్రెషోల్డ్ అంత ఎక్కువగా ఉండాలి).

కాంతి విస్తరణ సమర్థవంతంగా జరగాలంటే, క్రియాశీల మాధ్యమం లోపల కాంతి మార్గాన్ని పెంచడం మాత్రమే కాకుండా, రెసొనేటర్ నుండి బయలుదేరే తరంగాలు ఒకదానికొకటి దశలో ఉండేలా చూసుకోవడం కూడా అవసరం, అప్పుడు జోక్యం చేసుకునే తరంగాలు ఇస్తాయి. సాధ్యమయ్యే గరిష్ట వ్యాప్తి.

ఈ లక్ష్యాన్ని సాధించడానికి, రెసొనేటర్‌లోని ప్రతి తరంగాలు సోర్స్ మిర్రర్‌పై ఒక బిందువుకు తిరిగి రావడం అవసరం మరియు సాధారణంగా, క్రియాశీల మాధ్యమంలో ఏ సమయంలోనైనా, ఏకపక్ష సంపూర్ణ ప్రతిబింబాల సంఖ్య తర్వాత ప్రాథమిక తరంగంతో దశలో ఉండాలి. . రెండు రిటర్న్‌ల మధ్య వేవ్ ద్వారా ప్రయాణించే ఆప్టికల్ మార్గం పరిస్థితిని సంతృప్తిపరిచినప్పుడు ఇది సాధ్యమవుతుంది:

ఇక్కడ m అనేది పూర్ణాంకం, ఈ సందర్భంలో దశ వ్యత్యాసం 2P యొక్క బహుళంగా ఉంటుంది:

ఇప్పుడు, ప్రతి తరంగాలు మునుపటి దాని నుండి 2pi ద్వారా భిన్నంగా ఉంటాయి కాబట్టి, ప్రతిధ్వనిని విడిచిపెట్టే అన్ని తరంగాలు ఒకదానికొకటి దశలో ఉంటాయి, గరిష్ట వ్యాప్తి జోక్యాన్ని ఇస్తాయి. రెసొనేటర్ అవుట్‌పుట్ వద్ద దాదాపు ఏకవర్ణ సమాంతర వికిరణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

రెసొనేటర్ లోపల ఉన్న అద్దాల ఆపరేషన్ రెసొనేటర్ లోపల నిలబడి ఉన్న తరంగాలకు సంబంధించిన మోడ్‌ల విస్తరణను అందిస్తుంది; ఇతర మోడ్‌లు (వాస్తవ పరిస్థితుల ప్రత్యేకతల కారణంగా ఉత్పన్నమయ్యేవి) బలహీనపడతాయి.

రూబీ లేజర్ - మొదటి ఘన స్థితి

మొట్టమొదటి ఘన-స్థితి పరికరాన్ని 1960లో అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త థియోడర్ మైమన్ నిర్మించారు. ఇది రూబీ లేజర్ (రూబీ - Al2O3, ఇక్కడ కొన్ని లాటిస్ సైట్లు - 0.5% లోపల - ట్రిపుల్ అయోనైజ్డ్ క్రోమియంతో భర్తీ చేయబడతాయి; క్రోమియం ఎక్కువ, రూబీ క్రిస్టల్ యొక్క ముదురు రంగు).

1960లో డాక్టర్ టెడ్ మేమాన్ రూపొందించిన మొదటి విజయవంతమైన పని లేజర్.

4 నుండి 20 మిమీ వ్యాసం మరియు 30 నుండి 200 మిమీ పొడవుతో అత్యంత సజాతీయ క్రిస్టల్‌తో తయారు చేయబడిన రూబీ సిలిండర్, వెండి పొరల రూపంలో తయారు చేయబడిన రెండు అద్దాల మధ్య ఉంచబడుతుంది, ఇది జాగ్రత్తగా పాలిష్ చేసిన చివరలకు వర్తించబడుతుంది. సిలిండర్. ఒక స్పైరల్-ఆకారపు గ్యాస్ ఉత్సర్గ దీపం సిలిండర్‌ను దాని మొత్తం పొడవుతో చుట్టుముడుతుంది మరియు కెపాసిటర్ ద్వారా అధిక వోల్టేజ్‌తో సరఫరా చేయబడుతుంది.

దీపం ఆన్ చేయబడినప్పుడు, రూబీ తీవ్రంగా వికిరణం చెందుతుంది, అయితే క్రోమియం అణువులు స్థాయి 1 నుండి స్థాయి 3కి కదులుతాయి (అవి 10-7 సెకన్ల కంటే తక్కువ సమయం వరకు ఈ ఉత్తేజిత స్థితిలో ఉంటాయి), ఇక్కడే ఎక్కువగా పరివర్తన చెందుతుంది. స్థాయి 2 గ్రహించబడుతుంది - మెటాస్టేబుల్ స్థాయికి. అదనపు శక్తి రూబీ క్రిస్టల్ లాటిస్‌లోకి బదిలీ చేయబడుతుంది. స్థాయి 3 నుండి స్థాయి 1 వరకు ఆకస్మిక పరివర్తనాలు చాలా తక్కువ.

స్థాయి 2 నుండి స్థాయి 1కి మారడం ఎంపిక నియమాల ద్వారా నిషేధించబడింది, కాబట్టి ఈ స్థాయి యొక్క వ్యవధి సుమారు 10-3 సెకన్లు, ఇది స్థాయి 3 కంటే 10,000 రెట్లు ఎక్కువ, ఫలితంగా, స్థాయి 2 తో రూబీలో అణువులు పేరుకుపోతాయి. ఇది స్థాయి 2 యొక్క రివర్స్ పాపులేషన్.

ఆకస్మిక పరివర్తన సమయంలో ఆకస్మికంగా ఉత్పన్నమయ్యే, ఫోటాన్‌లు స్థాయి 2 నుండి స్థాయి 1కి బలవంతంగా పరివర్తనలకు కారణమవుతాయి మరియు ద్వితీయ ఫోటాన్‌ల హిమపాతాన్ని రేకెత్తిస్తాయి, అయితే ఈ ఆకస్మిక పరివర్తనాలు యాదృచ్ఛికంగా ఉంటాయి మరియు వాటి ఫోటాన్‌లు అస్తవ్యస్తంగా వ్యాపిస్తాయి, ఎక్కువగా రెసొనేటర్‌ను దాని సైడ్‌వాల్ ద్వారా వదిలివేస్తాయి.

కానీ అక్షాన్ని తాకిన ఫోటాన్‌లు అద్దాల నుండి బహుళ ప్రతిబింబాలకు లోనవుతాయి, ఏకకాలంలో ద్వితీయ ఫోటాన్‌ల బలవంతపు ఉద్గారానికి కారణమవుతాయి, ఇది మళ్లీ ఉత్తేజిత ఉద్గారాలను రేకెత్తిస్తుంది మరియు మొదలైనవి. ఈ ఫోటాన్‌లు ప్రాథమిక దిశల మాదిరిగానే కదులుతాయి మరియు స్ఫటికం యొక్క అక్షం వెంట ఉన్న ఫ్లక్స్ హిమపాతం వలె పెరుగుతుంది.

ఫోటాన్‌ల గుణించిన ప్రవాహం రెసొనేటర్ యొక్క సైడ్ ట్రాన్స్‌లూసెంట్ మిర్రర్ ద్వారా భారీ తీవ్రత యొక్క ఖచ్చితమైన దిశాత్మక కాంతి పుంజం రూపంలో నిష్క్రమిస్తుంది. రూబీ లేజర్ 694.3 nm తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద పనిచేస్తుంది, అయితే పల్స్ శక్తి 109 W వరకు ఉంటుంది

హీలియంతో నియాన్ లేజర్

హీలియం-నియాన్ (హీలియం / నియాన్ = 10/1) లేజర్ అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన గ్యాస్ లేజర్‌లలో ఒకటి. గ్యాస్ మిశ్రమంలో ఒత్తిడి సుమారు 100 Pa.నియాన్ యాక్టివ్ గ్యాస్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది నిరంతర మోడ్‌లో 632.8 nm తరంగదైర్ఘ్యంతో ఫోటాన్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. హీలియం యొక్క విధి నియాన్ యొక్క ఎగువ శక్తి స్థాయిలలో ఒకదాని నుండి రివర్స్ జనాభాను సృష్టించడం. అటువంటి లేజర్ యొక్క స్పెక్ట్రం వెడల్పు సుమారు 5 * 10-3 Hz కోహెరెన్స్ పొడవు 6 * 1011 మీ, పొందిక సమయం 2 * 103 ° C.

హీలియం-నియాన్ లేజర్ పంప్ చేయబడినప్పుడు, అధిక-వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రికల్ డిశ్చార్జ్ హీలియం అణువులను E2 స్థాయికి మెటాస్టేబుల్ ఉత్తేజిత స్థితికి మార్చడాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది. ఈ హీలియం పరమాణువులు E1 గ్రౌండ్ స్టేట్‌లోని నియాన్ అణువులతో అస్థిరంగా ఢీకొని వాటి శక్తిని బదిలీ చేస్తాయి. నియాన్ యొక్క E4 స్థాయి శక్తి హీలియం E2 స్థాయి కంటే 0.05 eV ద్వారా ఎక్కువగా ఉంటుంది. శక్తి లేకపోవడం పరమాణు ఘర్షణల గతి శక్తి ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. ఫలితంగా, నియాన్ యొక్క E4 స్థాయిలో, E3 స్థాయికి సంబంధించి విలోమ జనాభా పొందబడుతుంది.

ఆధునిక లేజర్ల రకాలు

క్రియాశీల మాధ్యమం యొక్క స్థితి ప్రకారం, లేజర్లు విభజించబడ్డాయి: ఘన, ద్రవ, వాయువు, సెమీకండక్టర్ మరియు క్రిస్టల్. పంపింగ్ పద్ధతి ప్రకారం, అవి కావచ్చు: ఆప్టికల్, కెమికల్, గ్యాస్ డిచ్ఛార్జ్. తరం యొక్క స్వభావం ద్వారా, లేజర్లు విభజించబడ్డాయి: నిరంతర మరియు పల్సెడ్. ఈ రకమైన లేజర్‌లు విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటంలో కనిపించే పరిధిలో రేడియేషన్‌ను విడుదల చేస్తాయి.

ఆప్టికల్ లేజర్‌లు ఇతరులకన్నా ఆలస్యంగా కనిపించాయి. అవి సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ పరిధిలో రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలవు, అటువంటి రేడియేషన్ (8 మైక్రాన్ల వరకు తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద) ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌లకు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఆప్టికల్ లేజర్‌లు ఒక ఫైబర్‌ను కలిగి ఉంటాయి, వీటిలో చాలా అరుదైన భూమి మూలకాల యొక్క అనేక అయాన్లు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి.

లైట్ గైడ్, ఇతర రకాల లేజర్‌ల మాదిరిగానే, ఒక జత అద్దాల మధ్య వ్యవస్థాపించబడింది.పంపింగ్ కోసం, అవసరమైన తరంగదైర్ఘ్యంతో లేజర్ రేడియేషన్ ఫైబర్లోకి మృదువుగా ఉంటుంది, తద్వారా అరుదైన భూమి మూలకాల యొక్క అయాన్లు దాని చర్యలో ఉత్తేజిత స్థితిలోకి వెళతాయి. తక్కువ శక్తి స్థితికి తిరిగి రావడంతో, ఈ అయాన్లు ప్రారంభ లేజర్ కంటే ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యంతో ఫోటాన్‌లను విడుదల చేస్తాయి.

ఈ విధంగా, ఫైబర్ లేజర్ కాంతికి మూలంగా పనిచేస్తుంది. దీని ఫ్రీక్వెన్సీ జోడించిన అరుదైన భూమి మూలకాల రకాన్ని బట్టి ఉంటుంది. ఫైబర్ స్వయంగా హెవీ మెటల్ ఫ్లోరైడ్‌తో తయారు చేయబడింది, దీని ఫలితంగా పరారుణ శ్రేణి యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద లేజర్ రేడియేషన్ సమర్థవంతంగా ఉత్పత్తి అవుతుంది.

ఎక్స్-రే లేజర్‌లు స్పెక్ట్రమ్‌కు ఎదురుగా ఆక్రమిస్తాయి - అతినీలలోహిత మరియు గామా మధ్య - ఇవి 10-7 నుండి 10-12 మీ వరకు తరంగదైర్ఘ్యాలతో మాగ్నిట్యూడ్‌ల ఆర్డర్‌లు. ఈ రకమైన లేజర్‌లు అన్ని రకాల లేజర్‌లలో అత్యధిక పల్స్ ప్రకాశాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

మొదటి ఎక్స్-రే లేజర్ 1985లో USAలో లివర్‌మోర్ లాబొరేటరీలో నిర్మించబడింది. లారెన్స్. సెలీనియం అయాన్లపై ఉత్పత్తి చేయబడిన లేజర్, తరంగదైర్ఘ్యం పరిధి 18.2 నుండి 26.3 nm వరకు ఉంటుంది మరియు అత్యధిక ప్రకాశం 20.63 nm తరంగదైర్ఘ్య రేఖపై వస్తుంది. నేడు, అల్యూమినియం అయాన్లతో 4.6 nm తరంగదైర్ఘ్యంతో లేజర్ రేడియేషన్ సాధించబడింది.

X- రే లేజర్ 100 ps నుండి 10 ns వరకు పప్పుల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, ఇది ప్లాస్మా ఏర్పడే జీవితకాలంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

వాస్తవం ఏమిటంటే, ఎక్స్-రే లేజర్ యొక్క క్రియాశీల మాధ్యమం అత్యంత అయనీకరణం చేయబడిన ప్లాస్మా, ఉదాహరణకు, యట్రియం మరియు సెలీనియం యొక్క సన్నని చలనచిత్రం కనిపించే లేదా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రంలో అధిక-శక్తి లేజర్‌తో వికిరణం చేయబడినప్పుడు పొందబడుతుంది.

పల్స్‌లోని ఎక్స్-రే లేజర్ శక్తి 10 mJకి చేరుకుంటుంది, అయితే పుంజంలో కోణీయ భిన్నత్వం సుమారు 10 మిల్లీరేడియన్‌లు. పంప్ పవర్ మరియు డైరెక్ట్ రేడియేషన్ నిష్పత్తి దాదాపు 0.00001.