لیزر کارروائی کے اصول: لیزر تابکاری کی خصوصیات

لیزر، پلینک کی تابکاری قانون کی طبیعیات پر مبنی ہے جس میں، اصول میں کی کارروائی کے پہلے اصول، 1917 میں آئنسٹائن جائز قرار دیا گیا تھا. انہوں نے کہا کہ، جذب بیان اچانک اور احتمال coefficients کے (آئنسٹائن جزو عام) کا استعمال کرتے ہوئے برقناطیسی تابکاری حوصلہ افزائی کی.

انوےشک

Teodor Meyman کارروائی کے اصول کا مظاہرہ کرنے سے پہلے تھا ایک روبی لیزر کے، ایک فلیش لیمپ مصنوعی روبی کا استعمال کرتے ہوئے نظری پمپنگ کی بنیاد پر 694 ینیم کی طول موج کے ساتھ مربوط تابکاری پیدا.

1960 میں ایرانی سائنسدانوں یاوان اور بینےٹ 1:10 کے تناسب میں انہوں نے کہا کہ اور NE گیسوں کے مرکب کا استعمال کرتے ہوئے سب سے پہلے گیس lasers کے پیدا.

1962 میں، آر این ہال میں ایک سب سے پہلے ہوتا ہے ڈایڈڈ لیزر 850 ینیم کی طول موج میں اتسرجک، گیلیم آرسنائڈ (GaAs) سے بنا. بعد میں اسی سال، نک Golonyak نظر آنے والی روشنی کے پہلے سیمی کنڈکٹر کوانٹم جنریٹر تیار.

آلہ اور lasers کی اصول

ہر لیزر نظام کو ایک فعال درمیانے آپٹیکلی متوازی اور انتہائی عکاسی کرتی آئینے کی ایک جوڑی، جن میں سے ایک پارباسی ہے کے درمیان رکھ دیا، اور اس کے پمپنگ کے لئے ایک طاقت کا منبع بھی شامل ہے. فائدہ درمیانے بجلی یا آپٹیکل پمپنگ تابکاری کے ساتھ اندرونی طور پر اس کے ذریعے گزر روشنی کی لہر کے طول و عرض amplify کرنے کے لئے کی صلاحیت ہے جس میں ایک ٹھوس، مائع یا گیس، کے طور پر کام کر سکتے ہیں کے طور پر. مادہ آئینہ کے ایک جوڑے کے درمیان رکھ دیا روشنی ان پر ہر بار کی عکاسی، اس کے ذریعے گزر جاتا ہے اور نصف آئینے داخل نمایاں اضافہ تک پہنچ تاکہ جاتا ہے.

دوید ماحول

ای پرجوش E ₂ اور بیس _1: ایک فعال درمیانے جن ایٹموں صرف دو توانائی کی سطح ہے کے ساتھ لیزر کارروائی کے اصول پر غور _کریں. کوئی بھی پمپنگ میکانزم (نظری، بجلی خارج ہونے والے مادہ موجودہ یا ٹرانسمیشن برقیہ بمباری) کے ذریعے ایٹم ایک ریاست ای ₂ کے لئے حوصلہ افزائی کر رہے ہیں _تو، چند nanoseconds میں وہ توانائی photons کی radiating کے بنیادی پوزیشن پر واپس، hν = E ₂ - E _1. آئنسٹائن کا نظریہ کے مطابق، اخراج دو مختلف طریقوں سے تیار کیا جاتا ہے: یا تو یہ ایک فوٹون کی طرف سے حوصلہ افزائی ہے، یا یہ spontaneously ہوتی. سابق معاملے میں، حوصلہ افزائی اخراج اس وقت ہوتی ہے اور دوسرا - اچانک. میں تھرمل توازن، حوصلہ افزائی کے اخراج کا امکان سب سے زیادہ روایتی اسمبدق روشنی کے ذرائع، اور lasing تھرمل توازن کے علاوہ دوسرے حالات میں ممکن ^ہے، تا ^کہ خود رو (1:10 ³³⁾ کے مقابلے میں بہت کم ہے.

یہاں تک کہ ایک بہت مضبوط پمپنگ آبادی سطحی سسٹم کے ساتھ صرف برابر بنایا جا سکتا ہے. لہذا، آبادی الٹا یا دیگر نظری پمپنگ کے طریقہ کار کے حصول کے لئے ایک تین یا چار درجے کے نظام کی ضرورت ہے.

کثیر سطح کے نظام

تین سطح کے لیزر کے اصول کیا ہے؟ ν ₀₂ فریکوئنسی کی شدید روشنی کی شعاع ریزی سب سے کم توانائی کی سطح کو ای ₀ اور اوپری کی ای ₂ سے جوہری کی ایک بڑی تعداد کو اپ پمپ. ای ₁ سے ایٹموں ای ₂ کے ساتھ Radiationless منتقلی E ₁ اور ای ₀ درمیان آبادی _الٹا، پریکٹس میں ہی ممکن ہے جس کے ایٹموں ایک metastable ریاست ای ₁ میں ایک طویل وقت کے ہیں _جب، اور E ₁ E پر منتقلی ₂ تیزی سے اس وقت ہوتی قائم کرتا ہے. تاکہ ای ₀ اور ای ₁ کے _{درمیان،} آبادی الٹا حاصل کیا جاتا ہے اور ₁ -E ₀ افزائی اخراج amplified ہے photon توانائی E ایک تین سطح لیزر کے کام اصول، ان حالات میں ہے. وسیع تر سطح E ₂ افزائی اخراج کی ترقی کے نتیجے میں، زیادہ مؤثر طریقے سے پمپ کرنے جذب طول موج کی حد میں اضافہ کر سکتا ہے.

تین سطحی نظام کے نچلے سطح کے بعد ایک بہت ہی اعلی پمپنگ طاقت کی ضرورت ہوتی ہے، نسل میں ملوث رہے ہیں، یہ ایک بنیاد ہے. اس صورت میں، آبادی الٹا کرنے کے لئے ریاست E ₁ سے واقع ہوئی ایٹم کی کل تعداد کے نصف سے زائد پمپ کیا جا کرنے کے لئے. اس صورت میں، توانائی برباد کیا ہے. نچلے lasing سطح کی بنیاد، کم از کم چار سطح کے نظام کی ضرورت ہے جس میں نہیں ہے تو اس پمپ طاقت بہت کم ہو سکتا ہے.

فعال مادہ کی نوعیت پر منحصر ہے، lasers کے تین بنیادی اقسام ہیں، یعنی ٹھوس، مائع اور گیس میں درجہ بندی کر رہے ہیں. 1958 کے بعد سے، پہلی نسل ایک روبی کرسٹل میں مشاہدہ کر رہا تھا جب، سائنسدانوں اور محققین کو ہر قسم کے مواد کی ایک وسیع رینج کا مطالعہ کیا ہے.

ٹھوس ریاست لیزر

آپریشن جس میں ایک غیر موصل کرسٹل جعلی منتقلی دھات انہوں نے مزید کہا کی طرف سے قائم کیا جاتا ہے ایک فعال میڈیم کے استعمال پر مبنی ہے (اسی طرح ٹی ^+3، سی آر ^+3، وی ^+2، شریک ^+2، نی ^+2، فے ^+2، اور ڈی) نایاب زمین آئنوں (عیسوی ^+3، پی آر ^+3، ND ^{+3 اور} وزیراعظم ⁺³ ایس ^{ایم +2،} یورپی یونین ^{+ 2 + 3،} ٹی بی ^{+3 ڈپٹی +3،} ہو ^+3، یر ^+3، Yb کی ⁺³ ، ET رحمہ اللہ تعالی.)، اور اس طرح کے یو ⁺³ کے طور ^actinides. کی توانائی کی سطح کو نسل کے لئے ذمہ دار آئنوں. جیسے کہ تھرمل چالکتا اور بیس کے مواد کی جسمانی خصوصیات، حرارتی پھیلاؤ لیزر کے موثر آپریشن کے لئے اہم ہیں. ایک doped آئن بھر کے جوہری کے مقام کی جعلی اس کی توانائی کی سطح کو تبدیل کر. فعال میڈیم میں لہر نسل کے مختلف لمبائی اسی آئن میں مختلف مواد ڈوپنگ کی طرف سے حاصل کی جاتی ہیں.

Holmium لیزر

ایک ٹھوس ریاست لیزر کی ایک مثال ایک کوانٹم جنریٹر، جس holmium ایٹم کرسٹل جعلی کی بنیاد مواد کی جگہ لے لیتا ہے. ہو: YAG بہترین lasing مال میں سے ایک ہے. holmium لیزر کے کام اصول holmium آئنوں، آپٹیکلی فلیش لیمپ کی طرف سے پمپ اور اورکت رینج میں 2097 ینیم کی طول موج کے ساتھ ساتھ ؤتکوں کو جذب کیا جاتا اوپر کا اخراج کے ساتھ doped کہ اٹریم ایلومینیم گارنےٹ ہے. کینسر کے خلیات، گردوں اور gallstones vaporize کرنے جوڑوں، دانتوں کے علاج پر کارروائیوں کے لئے اس لیزر کا استعمال کریں.

ایک سیمی کنڈکٹر کوانٹم جنریٹر

کوانٹم اچھی lasers کے سستے، بڑے پیمانے پر پیداوار کی اجازت دیتے ہیں اور آسانی سے توسیع پذیر ہیں. کے کام اصول سیمیکمڈکٹر لیزر ایک مخصوص طول موج کی روشنی ایل ای ڈی کی طرح، ایک مثبت تعصب میں کیریئر کے پنرسنیوجن کی طرف سے پیدا کرتا ہے جس PN-ڈایڈڈ جنکشن، کے استعمال کی بنیاد پر. یلئڈی spontaneously اور لیزر ڈایڈڈ کا اخراج - compulsively. حالت آبادی الٹا پورا کرنے کے لئے، آپریٹنگ موجودہ ایک حد سے تجاوز کرنا چاہئے. ایک سیمی کنڈکٹر ڈایڈڈ میں سرگرم درمیانے دو جہتی تہوں کے کنکشن کے علاقے کے ایک نقطہ نظر ہے.

لیزر کے اس قسم کے آپریشن کے اصول کہ oscillations کو کوئی بیرونی آئینے کی ضرورت ہے کو برقرار رکھنے کے لئے ہے. وجہ پیدا عکاس صلاحیت، اپورتک انڈیکس پرتوں اور فعال میڈیم کی اندرونی عکاسی، اس مقصد کے لئے کافی ہے. آخر سطحوں متوازی عکاسی کرتی سطحوں فراہم کرتا ہے ڈایڈڈ پیوست.

heterojunction - دو مختلف منسلک کر کے قائم کے طور پر ایک ہی قسم کے سیمیکمڈکٹر مواد کی طرف سے قائم کمپاؤنڈ، ایک homojunction کہا جاتا ہے.

کیریئر کی ایک اعلی کثافت کے ساتھ پی اور (ن) کی قسم کی سیمی کنڈکٹر ایک بہت ہی پتلی (≈1 ملی میٹر) ختم پرت کے ساتھ ایک پی ن جنکشن کی تشکیل.

گیس لیزر

آپریشن اور لیزر کی اس قسم کے استعمال کے اصول یہ ممکن (اورکت کو بالائے سے) عملی طور پر کسی بھی صلاحیت کے آلات اور طول موج (میگا واٹ کرنے milliwatts سے) پیدا کرنے کے لئے اور سپندت اور مسلسل طریقوں میں کام کر سکتے ہیں بناتا ہے. فعال میڈیا کی نوعیت کی بنیاد پر، گیس lasers کے، یعنی، ایٹم کے ionic اور سالماتی کی تین اقسام ہیں.

سب سے زیادہ گیس lasers کے بجلی خارج ہونے والے مادہ کی طرف سے پمپ. ڈسچارج ٹیوب میں الیکٹرانوں الیکٹروڈ کے درمیان برقی میدان کی طرف تیز کر رہے ہیں. انہوں نے جوہری، آئنوں یا ایک فعال میڈیم کی انو کے ساتھ ٹکرانے اور آبادی الٹا اور حوصلہ افزائی کے اخراج کی ایک ریاست کے حصول کے لئے اعلی توانائی کی سطح پر منتقلی دلانا.

سالماتی لیزر

لیزر کارروائی کے اصول، جو کہ ایٹمی اور آئن lasers کے میں الگ تھلگ ایٹم اور آئنوں کے برعکس انو مجرد توانائی کی سطح کے وسیع توانائی کے بینڈ کے مالک ہیں اس حقیقت پر مبنی ہے. چند گھورنی - اس کے علاوہ، ہر الیکٹران توانائی کی سطح کے vibrational کی سطح کی ایک بڑی تعداد ہے، اور اس کے نتیجے میں ان لوگوں کو ہے.

الیکٹران توانائی کی سطح کے درمیان توانائی، سپیکٹرم کے یووی اور مرئی علاقوں میں ہے جبکہ کے vibrational-گھورنی سطح کے درمیان - دور اور قریب اورکت علاقوں میں. اس طرح، سالماتی lasers کی سب سے زیادہ ایک دور یا قریب اورکت علاقوں میں کام کر رہے ہیں.

excimer لیزر

Excimers اے آر ایف، KrF، XeCl جیسے انو، مستحکم زمین ریاست اور پہلی سطح تقسیم کیا گیا ہے جس میں ہے. اگلے لیزر کے آپریشن کے اصول. عام طور پر، سالموں کی زمین ریاست میں نمبر چھوٹا ہے، تو زمین ریاست کی طرف سے براہ راست پمپنگ ممکن نہیں ہے. انو اکری گیسوں کے ساتھ ایک اعلی توانائی halides کے تعلقات ایک کمپاؤنڈ کی طرف سے سب سے پہلے پرجوش الیکٹرانک ریاست میں تشکیل دی. آبادی الٹا آسانی سے حاصل کیا جاتا ہے ایک بنیادی سطح پر سالموں کی تعداد میں حوصلہ افزائی کے مقابلے میں بہت کم ہے کے بعد سے. لیزر کارروائی کے اصول، مختصر میں، ایک زمین ریاست dissociative لئے ایک پابند پرجوش الیکٹرانک ریاست سے منتقلی کے لئے ہے. زمین ریاست کی آبادی کے اس مقام پر انو ایٹموں میں الگ ہے، کیونکہ ایک کم سطح پر ہمیشہ ہے.

فلٹرنگ کا سامان اور lasers اصول ڈسچارج ٹیوب ہالادی کا ایک مرکب (ف ₂₎ اور نایاب گیس (AR) سے بھرا ہوا ہے کہ میں پر مشتمل ہے. اس میں ئلیکٹرانوں الگ اور ہالادی انو ionize اور منفی آئنوں کی تخلیق. مثبت آئنوں عار ⁺ اور منفی F ^- رد عمل کا اظہار اور مرمت کی بیس ریاست دفع و نسل کے بعد کے منتقلی کے ساتھ منسلک سب سے پہلے حوصلہ افزائی ریاست میں اے آر ایف انو پیدا. Excimer لیزر، کارروائی کے اصول اور استعمال جس کا اب ہم سوچ رہے ہیں، ڈائی کی فعال میڈیم کی پمپنگ کے لئے استعمال کیا جا سکتا ہے.

مائع لیزر

solids کے ساتھ مقابلے میں، مائعات زیادہ یکساں ہیں اور گیسوں کے ساتھ مقابلے میں، فعال جوہری کی ایک اعلی کثافت ہے. اس کے علاوہ، وہ پیدا کرنے کے لئے آسان گرمی کی کھپت کی اجازت دیتے ہیں مشکل نہیں ہیں اور آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے. لیزر کی کارروائی کے اصول طرح کے DCM طور پر نامیاتی ڈائی کا ایک فائدہ درمیانے، کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے (4 dicyanomethylene-2-متائل-6-P- dimethylaminostyryl-4H-pyran)، rhodamine، styryl، LDS، coumarin، stilbene، اور اس طرح. D .، ایک مناسب سالوینٹس میں تحلیل. ڈائی انو کی ایک حل تابکاری جن طول موج ایک اچھا جذب گتانک ہے کی طرف سے حوصلہ افزائی ہے. لیزر کارروائی کے اصول، مختصر میں، مائدیپتی کے نام سے ایک طویل طول موج، اوپر پیدا کرنے کے لئے ہے. توانائی کے درمیان فرق جذب اور خارج photons کی nonradiative توانائی ٹرانزیشن استعمال کیا اور نظام ابتدائی.

طول موج کے ٹیوننگ - وسیع تر بینڈ مائدیپتی مائع lasers کے ایک منفرد خصوصیت ہے. آپریشن اور اس قسم کی ایک tunable لیزر اور معقول روشنی ذریعہ کے طور پر استعمال کے اصول، سپیکٹرو، holography میں تیزی سے اہم ہے، اور حیاتیاتی ایپلی کیشنز میں بن رہا ہے.

حال ہی میں، lasers کے آاسوٹوپ علیحدگی کے لئے رنگنے کے لئے استعمال کیا گیا ہے. اس صورت میں، لیزر مہیا ایک کیمیائی رد عمل شروع فورا ان میں سے ایک کو اتیجیت.