معرفی لیزرها با مهندس شکوفه ساتری

9 لیزر 589

9.1 مقدمه 589

9.2 سطوح انرژی در اتم ها، مولکول ها و جامدات 590

9.2.1 سطوح انرژی اتمی 590

9.2.2 سطوح انرژی مولکولی 597

9.2.3 باندهای انرژی حالت جامد 599

9.2.4 دستگاه های نیمه هادی 603

9.4 انتشار تحریک شده و تقویت نور 608

9.5 سیستم های لیزری 613

9.5.1 لیزرهای گاز اتمی 616

9.5.2 لیزرهای گاز مولکولی 619

9.5.3 لیزرهای حالت جامد 623

9.6.1 سایر سیستم های لیزری 627

9.7 حالت های حفره طولی 628

9.8 ثبات فرکانس 630

9.9 مقدمه ای بر تیرهای گاوسی 631

9.9.1 بررسی اجمالی خواص پرتو گاوسی 632

9.10 خواص پرتو گاوسی 636

9.10.1 راه حل های تقریبی معادله موج 638

9.10.2 پرتوهای گاوسی کروی پاراکسیال 641

9.10.3 تمرکز پرتو گاوسی 643

9.10.4 روش های ماتریسی و قانون ABCD 648

9.11 حفره لیزری 650

9.11.1 حفره لیزری با انحنای آینه ای برابر 650

9.11.2 حفره لیزری با انحنای آینه ای نابرابر 654

9.11.3 تشدید کننده های پایدار 657

9.11.4 تشدید کننده موج سفری 662

9.11.5 تشدید کننده های ناپایدار 663

9.11.6 حالت های حفره عرضی 664

9.12 الکترواپتیک و اپتیک غیرخطی 667

9.12.1 اثر الکترواپتیک 668

9.12.2 فعالیت نوری 672

9.12.3 جلوه آکوستو نوری 676

9.14.1 اپتیک غیرخطی 683

9.16.1 اختلاط فرکانس 697

لیزرهای مولکولی لیزرهای گازی هستند

لیزرهای مولکولی لیزرهای گازی هستند که در آن اجزای فعال لیزر به جای اتم ها یا یون های جدا، مولکول هستند. نمونه هایی برای چنین مولکول هایی عبارتند از CO2 (دی اکسید کربن)، CO (مونوکسید کربن)، N2 (نیتروژن)، HF (هیدروژن فلوراید)، DF (دوتریوم فلوراید)، NH3 (آمونیاک) و CH3OH (متانول). یکی از حالت‌های برانگیخته چنین مولکول‌هایی بهره‌برداری می‌کند که می‌توانند نه تنها یک تحریک کاملاً الکترونیکی (مانند اتم‌ها یا یون‌ها) بلکه ارتعاشات و چرخش مولکول‌ها را نیز شامل شود. انرژی‌های برانگیختگی در بیشتر موارد نسبتاً کوچک هستند که منجر به انتشار لیزر با طول موج‌های بلند در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی یا دور می‌شود.

ممکن است تعداد قابل توجهی از خطوط چرخشی-ارتعاشی وجود داشته باشد که چنین لیزری را می توان روی آنها کار کرد (← لیزرهای ویبرونیک)، اما انتشار تک خطی و حتی عملکرد تک فرکانس با فیلتر باند گذر درون حفره دشوار نیست، زیرا داپلر گسترش انتقال لیزری بسیار ضعیف است. با این حال، اگر فشار نسبتاً زیاد باشد، خطوط مختلف ممکن است به دلیل گشاد شدن فشار با هم همپوشانی داشته باشند و در نتیجه پهنای باند بهره بیشتر شود.

دوره کارشناسی: لیزر و کاربردها

دوره کارشناسی: لیزر و کاربردها

تدریس فیزیک لیزر با خانم مهندس شکوفه ساتری

لیزر در حال حاضر در بسیاری از جنبه های زندگی روزمره رایج است، به عنوان مثال. در بارکدخوان ها، جراحی چشم، ارتباطات نوری، پردازش صنعتی، طیف سنجی و بسیاری از کاربردهای علوم زیستی. این دوره با مروری بر فیزیک اساسی حفره های نوری و انتشار خود به خودی/تحریکی از مواد منتهی به تقویت کننده های لیزری و نوسانگرها شروع می شود. نمونه‌هایی از لیزرهای گاز اتمی، یونی و مولکولی شامل سیستم‌هایی برای عملکرد موج پیوسته و پرتو پالسی ارائه شده‌اند. خواص نوری حفره های لیزر و اپتیک پرتو گاوسی مورد بحث قرار می گیرد. جزء پایانی این دوره یک مقاله مروری کوتاه در مورد کاربرد لیزر است.

سرفصل های درس فیزیک لیزر  مطرح شده در این دوره عبارتند از:

1) مقدمه: نحوه تولید نور، طرح کلی و نیاز به لیزر، البته دامنه.

2) برهمکنش تابش EM با ماده: سیستم دو سطحی، خطوط طیفی، طول عمر محدود، اثرات داپلر، فرآیندهای جذب و فروپاشی، انتشار خود به خود و تحریک شده.

3) معیارهای تقویت: شرایط تقویت، شکل های خط لورنتسی، خطوط گاوسی، مدل حفره ساده.

4) حفره Fabry-Pero: اپتیک حفره Fabry-Pero، استفاده از لیزر از Fabry-Pero، شرایط بهره لیزر، حالت های لیزر، گسترش همگن، گسترش ناهمگن، کنترل مدها، نمونه هایی از لیزرها.

5) لیزر چهار سطح: معادلات نرخ چهار سطح، مشخصات بهره چهار سطح، لیزر همگن ساده، رفتار و توان خروجی، شرایط خروجی بهینه، لیزر ناهمگن.

6) حالت های لیزری و قفل حالت: ویژگی های یک حالت، لیزر چند حالته، سیستم دو حالته، قفل حالت در لیزر چند حالته، قفل حالت لیزر واقعی، قفل حالت فعال، قفل حالت غیرفعال، لنز کر.

7) لیزرهای گازی: عملکرد و ویژگی های لیزر He-Ne و لیزر یون آرگون. خلاصه سایر لیزرهای گازی

8) لیزرهای حالت جامد: رسانه های لیزری و نقش فونون ها. لیزر تیتانیوم یاقوت کبود؛ لیزر نئودیمیم YAG و شیشه. سوئیچینگ کیو.

9) پایداری حفره: شرایط پایداری لیزر و حفره های لیزری عملی.

10) پرتوهای گاوسی: پتانسیل های اسکالر، حل موج صفحه در حفره نوری، حل گاوسی، زاویه واگرایی و پارامترهای پرتو، کمر و ناحیه ریلی، پرتوهای گاوسی در حفره ها، حالت های مرتبه بالاتر و اپتیک پایه پرتوهای گاوسی.

پنج نوع اصلی لیزر

لیزر در اطراف ما وجود دارد. جراحان از آنها برای جراحی چشم و درمان سرطان استفاده می کنند. تولیدکنندگان از آنها برای پردازش مواد برای برش، علامت گذاری، جوش، تمیز کردن و بافت انواع مختلف مواد استفاده می کنند. برخی از افراد برای خالکوبی یا حذف موهای زائد به آنها نیاز دارند و همه نمایش های نور لیزر را در طول کنسرت های موسیقی دیده اند. اخیراً کاربردهای جدیدی مانند هولوگرافی لیزری در حال ظهور هستند.

انواع مختلفی از لیزر برای این کاربردها مورد نیاز است. لیزرها بر اساس محیط بهره خود به پنج نوع اصلی طبقه بندی می شوند:

لیزرهای گازی

لیزرهای حالت جامد

لیزرهای فیبر

لیزرهای مایع (لیزرهای رنگی)

لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری)

علاوه بر این، این پنج نوع لیزر را می توان بر اساس نحوه عملکردشان به زیرمجموعه هایی تقسیم کرد: لیزرهای موج پیوسته و لیزرهای پالسی. علاوه بر این، انواع مختلفی از لیزرهای پالسی نیز وجود دارد.

قبل از متمایز کردن انواع لیزرها، خوب است به یاد داشته باشید که لیزر در واقع چیست.

جزوه لیزر گازی

فصل 7 لیزرهای گازی 217

7.1 خانواده لیزر گازی 217

7.2 مبانی لیزر گازی 218

7.3 لیزر هلیوم-نئون 225

7.4 لیزرهای آرگون و کریپتون یون 229

7.5 لیزر بخار فلزی 232

7.6 لیزر دی اکسید کربن 235

7.7 لیزر اگزایمر 240

7.8 لیزر نیتروژن 243

7.9 لیزرهای شیمیایی 243

7.10 سایر لیزرهای گازی 246

7.11 ما چه آموخته ایم؟ 247

لیزرهای اگزایمر

لیزرهای اگزایمر

این دسته از لیزر در واقع به موارد فوق مرتبط است و اغلب در آزمایشگاه ها برای پمپاژ لیزرهای رنگی استفاده می شود. با این حال، آنها احتمالاً بیشتر به دلیل استفاده در جراحی چشم شناخته شده اند. لیزر اگزایمر به طور منظم برای درمان روش های کوته بینانه و دور بینانه و همچنین آستیگماتیسم استفاده می شود. آنها با کنترل کامپیوتری، در هنگام برداشتن مقادیر دقیق بافت از قرنیه چشم، دقت نهایی را در اختیار جراحان چشم قرار می دهند.

لیزرهای گازی

حوزه لیزرهای گازی ، که با اختراع لیزر He -Ne در سال 1961 آغاز شد ، شاهد رشد فوق العاده ای از نظر توسعه فناوری ، تحقیق در مورد محیط افزایش گاز ، فیزیک تشدید و کاربرد در عرصه های بسیار متنوع بوده است. این امر به دلیل تنوع زیاد لیزرهای گازی از نظر طول موج ، قدرت ، کیفیت پرتو و نحوه عملکرد امکان پذیر است. در سالهای اخیر ، روند مشخصی برای جایگزینی لیزرهای گازی ، در صورت امکان ، با لیزرهای حالت جامد کارآمدتر و جمع و جورتر وجود دارد. 

دائرالمعارف فیزیک لیزر

کلید واژه ها

لیزرهای نیمه رسانا

توسعه لیزر

کاربردهای لیزری

لیزرهای فیبر

لیزرهای گازی

عملکرد مداوم موج 

لیزر بخار مس (CVL)

لیزر بخار مس (CVL) از بخارات مس به عنوان ماده لیزر در لیزر 4 سطح استفاده می کند. نور لیزر سبز با 510.6 نانومتر و نور لیزر زرد با 578.2 نانومتر تولید می کند. عرض پالس به طور معمول از 5 تا 60 ns و قدرت پیک از 50 تا 5000 kW است. فرکانس های تکرار پالس آن می تواند 2 تا 100 کیلوهرتز باشد. قدرت متوسط ​​CVL ها می تواند از 25 وات تا بیش از 2 کیلو وات باشد. 

لیزرهای گازی

لیزر گازی حاوی اتم یا مولکول است. انتقال تحریک شده در اتمها بین حالتهای الکترونیکی و در مولکولهای بین حالتهای چرخشی ، ارتعاشی یا الکترونیکی اتفاق می افتد. ما لیزرهای مختلف تخلیه گاز را توصیف می کنیم: لیزر هلیوم - نئون. لیزر بخار فلز؛ لیزر یون آرگون؛ لیزر اکسیمر؛ لیزر نیتروژن لیزر CO 2؛ و لیزرهای گازی پمپ شده نوری.