דער פּרינציפּ פון לאַזער קאַמף: פֿעיִקייטן פון לאַזער ראַדיאַציע

דער ערשטער פּרינציפּ פון קאַמף פון די לאַזער, וואָס איז באזירט אויף די פיזיק פון Planck ס ראַדיאַציע געזעץ, אין טעאָריע, עינסטעין אין 1917 איז געווען גערעכט. ער דיסקרייבד די אַבזאָרפּשאַן, ספּאַנטייניאַס און סטימיאַלייטאַד ילעקטראָומאַגנעטיק ראַדיאַציע ניצן מאַשמאָעס קאָעפפיסיענץ (עינסטעין קאָעפפיסיענץ).

טראַילבלאַזערס

טעאָדאָר מיימאַן איז געווען דער ערשטער צו באַווייַזן דעם פּרינציפּ פון קאַמף פון אַ רובין לאַזער, באזירט אויף די אָפּטיש פּאַמפּינג ניצן אַ בליץ לאָמפּ סינטעטיש רובין, דזשענערייץ די קאָוכיראַנט ראַדיאַציע מיט אַ ווייוולענגט פון 694 נם.

אין 1960, יראַניאַן סיינטיס דזשאַוואַן און בעננעטט Created דער ערשטער גאַז לייזערז ניצן מיקסטשערז פון ער און ניט גאַסאַז אין אַ פאַרהעלטעניש פון 01:10.

אין 1962, אַר ען האַלל מאכט אַ ערשטער דייאָוד לאַזער געמאכט פון גאַלליום אַרסענידע (גאַאַס), ימיטינג אין אַ ווייוולענגט פון 850 נם. שפּעטער אַז זעלביקער יאָר, ניק גאָלאָניאַק דעוועלאָפּעד דער ערשטער סעמיקאַנדאַקטער קוואַנטום גענעראַטאָר פון קענטיק ליכט.

די מיטל און דער פּרינציפּ פון לייזערז

יעדער לאַזער סיסטעם כולל אַן אַקטיוו מיטל אַפּטיקלי געשטעלט צווישן אַ פּאָר פון פּאַראַלעל און העכסט רעפלעקטינג מירערז, איינער פון וואָס איז טראַנסלוסאַנט, און אַ מאַכט מקור פֿאַר פּאַמפּינג עס. ווי דער געווינען מיטל קענען שפּילן ווי אַ האַרט, פליסיק אָדער גאַז, וואָס האָבן די פיייקייַט צו אַמפּליפי די אַמפּליטוד פון די ליכט פאָכן פּאַסינג דורך עס ינעווייניק מיט ילעקטריקאַל אָדער אָפּטיש פּאַמפּינג ראַדיאַציע. די מאַטעריע איז געשטעלט צווישן אַ פּאָר פון מירערז אַזוי אַז די ליכט רעפלעקטעד ביי זיי יעדער צייַט פּאַסיז דורך עס און, ווייל ריטשט אַ באַטייַטיק פאַרגרעסערן, פּענאַטרייץ די האַלב שפּיגל.

דופּלעקס סוויווע

באַטראַכטן דעם פּרינציפּ פון לאַזער קאַמף מיט אַן אַקטיוו מיטל וועמענס אַטאָמס האָבן בלויז צוויי ענערגיע לעוועלס: E- יקסייטאַד E ₂ און געמיין _1. אויב די אַטאָמס דורך קיין פּאַמפּינג מעקאַניזאַם (אָפּטיש, עלעקטריש אָפּזאָגן קראַנט אָדער טראַנסמיטטאַנסע עלעקטראָן באָמבאַרדמענט) זענען יקסייטאַד צו אַ שטאַט E _2, אין אַ ביסל נאַנאָסעקאָנדס זיי צוריקקומען צו די גרונט שטעלע, ריידיייטינג ענערגיע פאָטאָנס הν = E ₂ - E- _1. לויט צו עינסטעין ס טעאָריע, די ימישאַן איז Produced אין צוויי פאַרשידענע וועגן: אָדער עס איז ינדוסט דורך אַ Photon, אָדער עס אַקערז ספּאַנטייניאַסלי. אין די ערשטע פאַל, סטימיאַלייטאַד ימישאַן אַקערז און די צווייט - ספּאַנטייניאַס. ביי טערמאַל יקוואַליבריאַם, די מאַשמאָעס פון סטימיאַלייטאַד ימישאַן איז פיל נידעריקער ווי די ספּאַנטייניאַס (01:10 ^33), אַזוי אַז רובֿ קאַנווענשאַנאַל ינקאָהערענט ליכט קוואלן, און לאַסינג איז מעגלעך אין די באדינגונגען אנדערע ווי טערמאַל יקוואַליבריאַם.

אַפֿילו מיט אַ זייער שטאַרק פּאַמפּינג באַפעלקערונג-מדרגה סיסטעמס קענען נאָר ווערן געמאכט גלייַך. דעריבער, צו דערגרייכן די באַפעלקערונג ינווערזשאַן אָדער אנדערע אָפּטיש פּאַמפּינג אופֿן ריקווייערז אַ טהרעע- אָדער פיר-מדרגה סיסטעם.

מאַלטי-מדרגה סיסטעם

וואָס איז דער פּרינציפּ פון די דרייַ-מדרגה לאַזער? די יריידייישאַן פון טיף ליכט פון אָפטקייַט ν ₀₂ פּאַמפּס אַרויף אַ גרויס נומער פון אַטאָמס פון די לאָואַסט ענערגיע מדרגה E ₀ און E ₂ פון דער אויבערשטער. ראַדיאַטיאָנלעסס יבערגאַנג מיט די אַטאָמס E ₂ צו E- ₁ יסטאַבלישיז אַ באַפעלקערונג ינווערזשאַן צווישן E ₁ און E _0, וואָס אין פיר איז נאָר מעגלעך ווען די אַטאָמס זענען אַ לאַנג צייַט אין אַ מעטאַסטאַבלע שטאַט E _1, און די יבערגאַנג פון E ₁ צו E- ₂ אַקערז ראַפּאַדלי. די אַפּערייטינג פּרינציפּ פון אַ דרייַ-מדרגה לאַזער איז אין די באדינגונגען, אַזוי אַז צווישן E ₀ און E _1, די באַפעלקערונג ינווערזשאַן איז אַטשיווד און איז אַמפּליפיעד Photon ענערגיע E ₁ -E ₀ סטימיאַלייטאַד ימישאַן. ווידער מדרגה E ₂ קען פאַרגרעסערן די אַבזאָרפּשאַן ווייוולענגט קייט צו מער עפפיסיענטלי פּאָמפּע, ריזאַלטינג אין די גראָוט פון די סטימיאַלייטאַד ימישאַן.

דרייַ-מדרגה סיסטעם ריקווייערז אַ זייער הויך פּאַמפּינג מאַכט זינט דער נידעריקער מדרגה, זענען ינוואַלווד אין די דור, עס איז אַ באַזע. אין דעם פאַל, אין סדר צו באַפעלקערונג ינווערזשאַן occurred צו די שטאַט E ₁ צו זיין פּאַמפּט מער ווי האַלב פון די גאַנץ נומער פון אַטאָמס. אין דעם פאַל, די ענערגיע איז ווייסטאַד. די פּאָמפּע מאַכט קענען זייַן זייער רידוסט אויב דער נידעריקער לאַסינג מדרגה איז ניט די באַזע, וואָס ריקווייערז בייַ מינדסטער אַ פיר-מדרגה סיסטעם.

דיפּענדינג אויף די נאַטור פון די אַקטיוו מאַטעריע, די לייזערז זענען קלאַססיפיעד אין דרייַ גרונט קאַטעגאָריעס, ניימלי האַרט, פליסיק און גאַז. זינט 1958, ווען דער ערשטער דור איז געווען באמערקט אין אַ רובין קריסטאַל, סייאַנטיס און ריסערטשערז האָבן געלערנט אַ ברייט קייט פון מאַטעריאַלס אין יעדער קאַטעגאָריע.

האַרט-שטאַט לאַזער

די אָפּעראַציע איז באזירט אויף די נוצן פון אַן אַקטיוו מיטל וואָס איז געגרינדעט דורך אַדינג אַ ינסאַלייטינג קריסטאַל לאַטאַס יבערגאַנג מעטאַל (טי ^3, קר ^3, וו ^+2, קאָ ^+2, עס ס ^+2, Fe ^+2, און אַזוי אויף. ד) , זעלטן ערד ייאַנז (סע ^3, פּר ^3, נד ^3, פּם ^3, סם ^{+2, אי.יו., + 2, + 3,} טב ^3, די ^3, האָ ^3, ער ^3, יב ⁺³ , עט על.), און די אַקטינידעס אַזאַ ווי ו ^+3. די ענערגיע לעוועלס פון די ייאַנז פאַראַנטוואָרטלעך בלויז פֿאַר די דור. גשמיות פּראָפּערטיעס פון די באַזע מאַטעריאַל, אַזאַ ווי טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי און טערמאַל יקספּאַנשאַן זענען וויכטיק צו די עפעקטיוו אָפּעראַציע פון די לאַזער. אָרט לאַטאַס פון אַטאָמס אַרום אַ דאָפּעד יאָן ענדערונגען זייַן ענערגיע לעוועלס. פאַרשידענע לענגקטס פון פאָכן דור אין די אַקטיוו מיטל זענען אַטשיווד דורך דאָפּינג פאַרשידן מאַטעריאַלס אין דער זעלביקער יאָן.

האָלמיום לאַזער

אַ משל פון אַ האַרט-שטאַט לאַזער איז אַ קוואַנטום גענעראַטאָר, ווערין האָלמיום אַטאָם ריפּלייסיז די באַזע מאַטעריאַל פון די קריסטאַל לאַטאַס. האָ: יאַג איז איינער פון די בעסטער לאַסינג מאַטעריאַלס. די אַפּערייטינג פּרינציפּ פון די האָלמיום לאַזער איז אַז יטטריום אַלומינום גאַרנעט דאָפּעד מיט האָלמיום ייאַנז, אַפּטיקלי פּאַמפּט דורך בליצן לאָמפּ און עמיץ אין אַ ווייוולענגט פון 2097 נם אין די ינפראַרעד קייט איז געזונט אַבזאָרבד דורך די געוועבן. נוצן דעם לאַזער פֿאַר אַפּעריישאַנז אויף די דזשוינץ, דענטאַל באַהאַנדלונג, צו וואַפּאָריזע ראַק סעלז, ניר און גאָלסטאָונז.

א סעמיקאַנדאַקטער קוואַנטום גענעראַטאָר

קוואַנטום געזונט לייזערז זענען ביליק, לאָזן מאַסע פּראָדוקציע און זענען לייכט סקאַלאַבלע. די אַפּערייטינג פּרינציפּ פון די סעמיקאַנדאַקטער לאַזער באזירט אויף די נוצן פון פּן-דייאָוד קנופּ, וואָס טראגט ליכט פון אַ זיכער ווייוולענגט דורך די רעקאָמבינאַטיאָן פון די טרעגער בייַ אַ positive פאָרורטייל, ווי לעדס. געפֿירט אַרויסלאָזן ספּאַנטייניאַסלי און לאַזער דייאָודז - קאָמפּולסיוועלי. צו מקיים די צושטאַנד באַפעלקערונג ינווערזשאַן, די אַפּערייטינג איצטיקן זאָל יקסיד אַ שוועל. די אַקטיוו מיטל אין אַ סעמיקאַנדאַקטער דייאָוד האט אַ מיינונג פון די קשר געגנט פון צוויי-דימענשאַנאַל Layers.

דער פּרינציפּ פון אָפּעראַציע פון דעם טיפּ פון לאַזער איז אַז צו טייַנען אַסאַליישאַנז קיין פונדרויסנדיק שפּיגל איז required. די רעפלעקטיווע פיייקייַט, געשאַפֿן רעכט צו די רעפראַקטיווע אינדעקס Layers און ינערלעך אָפּשפּיגלונג פון די אַקטיוו מיטל, איז גענוג פֿאַר דעם צוועק. דער סוף סורפאַסעס קליוו דייאָודז אַז גיט פּאַראַלעל רעפלעקטינג סורפאַסעס.

די קאַמפּאַונד געגרינדעט דורך די סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַל פון דער זעלביקער טיפּ איז גערופֿן אַ האָמאָדזשונקטיאָן, ווי געגרינדעט דורך קאַנעקטינג צוויי פאַרשידענע - העטעראָדזשונקטיאָן.

סעמיקאַנדאַקטערז פון פּ און n טיפּ מיט אַ הויך געדיכטקייַט פון קאַריערז פֿאָרמירן אַ פּ-N-קנופּ מיט אַ זייער דין (≈1 מם) דיפּליטיד שיכטע.

גאַז לאַזער

דער פּרינציפּ פון אָפּעראַציע און נוצן פון דעם טיפּ פון לאַזער מאכט עס מעגלעך צו שאַפֿן דיווייסאַז פון כמעט קיין קאַפּאַציטעט (פֿון מילליוואַטץ צו מעגאַוואַטץ) און ווייוולענגטס (פון אַלטראַווייאַליט צו ינפראַרעד) און קענען אַרבעטן אין פּולסעד און קעסיידערדיק מאָדעס. באַזירט אויף די נאַטור פון די אַקטיוו מידיאַ, עס זענען דרייַ טייפּס פון גאַז לייזערז, ניימלי אַטאָמישע, ייאַניק און מאָלעקולאַר.

רובֿ גאַז לייזערז פּאַמפּט דורך עלעקטריש אָפּזאָגן. די עלעקטראָנס אין די אָפּזאָגן רער זענען אַקסעלערייטיד דורך די עלעקטריק פעלד צווישן די ילעקטראָודז. זיי קאַלייד מיט אַטאָמס, ייאַנז אָדער מאַלאַקיולז פון אַן אַקטיוו מיטל און פּויעלנ בייַ יבערגאַנג צו העכער ענערגיע לעוועלס צו דערגרייכן אַ שטאַט פון באַפעלקערונג ינווערזשאַן און סטימיאַלייטאַד ימישאַן.

מאָלעקולאַר לאַזער

דער פּרינציפּ פון לאַזער קאַמף איז באזירט אויף די פאַקט אַז, ניט ענלעך די ייסאַלייטאַד אַטאָמס און ייאַנז אין אַטאָמישע און יאָן לייזערז מאַלאַקיולז פאַרמאָגן ברייט ענערגיע באַנדס פון דיסקרעטע ענערגיע לעוועלס. אין דערצו, יעדער עלעקטראָן ענערגיע מדרגה האט אַ גרויס נומער פון וויבראַטיאָנאַל לעוועלס, און יענע אין דרייַ - אַ ביסל ראָוטיישאַנאַל.

די ענערגיע צווישן די עלעקטראָן ענערגיע לעוועלס איז אין די ווו און קענטיק מקומות פון די ספּעקטרום, בשעת צווישן די וויבראַטיאָנאַל-ראָוטיישאַנאַל לעוועלס - אין די ווייַט און לעבן ינפראַרעד מקומות. אזוי, רובֿ פון די מאָלעקולאַר לייזערז ארבעטן אין אַ ווייַט אָדער לעבן-ינפראַרעד מקומות.

עקססימער לייזערז

עקססימערס זענען אַזאַ מאַלאַקיול ווי אַרף, קרף, קסעקל, וואָס זענען צעטיילט סטאַביל ערד שטאַט און דער ערשטער שטאַפּל. דער פּרינציפּ פון אָפּעראַציע פון די לאַזער ווייַטער. טיפּיקאַללי, די נומער אין די ערד שטאַט פון די מאַלאַקיולז איז קליין, אַזוי די דירעקט פּאַמפּינג פֿון דער ערד שטאַט איז ניט מעגלעך. די מאַלאַקיולז געגרינדעט אין דער ערשטער יקסייטאַד עלעקטראָניש שטאַט דורך אַ קאַמפּאַונד בעת אַ הויך ענערגיע האַלידעס מיט ינערט גאַסאַז. די באַפעלקערונג ינווערזשאַן איז אַטשיווד לייכט זינט די נומער פון מאַלאַקיולז אין אַ גרונט מדרגה איז אויך נידעריק, קאַמפּערד מיט די יקסייטאַד. דער פּרינציפּ פון לאַזער קאַמף, אין קורץ, איז צו יבערגאַנג פון אַ געבונדן יקסייטאַד עלעקטראָניש שטאַט צו אַ ערד שטאַט דיססאָסיאַטיווע. די באַפעלקערונג פון דער ערד שטאַט איז שטענדיק בייַ אַ נידעריק מדרגה, ווייַל אין דעם פונט די מאַלאַקיול דיססאָסיאַטע אין אַטאָמס.

די אַפּאַראַט און לייזערז פּרינציפּ באשטייט אין אַז די אָפּזאָגן רער איז אָנגעפילט מיט אַ געמיש פון כאַלייד (ו ₂₎ און זעלטן גאַז (אַר). די עלעקטראָנס אין עס דיססאָסיאַטע און יאָניזע די כאַלייד מאַלאַקיולז און שאַפֿן נעגאַטיוו ייאַנז. Positive ייאַנז אַר ⁺ און נעגאַטיוו פֿ ^'- רעאַגירן און פּראָדוצירן אַרף מאַלאַקיולז אין דער ערשטער יקסייטאַד שטאַט פֿאַרבונדן מיט די סאַבסאַקוואַנט יבערגאַנג צו די באַזע שטאַט רעפּעללינג און דור פון קאָוכיראַנט ראַדיאַציע. עקססימער לאַזער, דער פּרינציפּ פון קאַמף און די נוצן פון וואָס מיר זענען איצט קאַנסידערינג, קען זיין געניצט פֿאַר די פּאַמפּינג פון די אַקטיוו מיטל פון די פאַרב.

פליסיק לאַזער

קאַמפּערד מיט סאָלידס, ליקווידס זענען מער כאָומאַדזשיניאַס און האָבן אַ העכער געדיכטקייַט פון אַקטיוו אַטאָמס, אין פאַרגלייַך מיט גאַסאַז. אין דערצו צו דעם, זיי זענען נישט שווער צו פּראָדוצירן, לאָזן גרינג היץ דיסיפּיישאַן און קענען זיין לייכט ריפּלייסט. דער פּרינציפּ פון קאַמף פון די לאַזער איז געניצט ווי אַ געווינען מיטל פון אָרגאַניק פאַרב, אַזאַ ווי דקם (4-דיסיאַנאָמעטהילענע-2-מעטאַל-6-פּ- דימעטהילאַמינאָסטיריל-4 ה-פּיראַן), רהאָדאַמינע, סטיריל, לדס, קאָומאַרין, סטילבענע, און די ווי. ד ., צעלאָזן אין אַ צונעמען סאַלוואַנט. א לייזונג פון די פאַרב מאַלאַקיולז איז יקסייטאַד דורך ראַדיאַציע וועמענס ווייוולענגט האט אַ גוט אַבזאָרפּשאַן קאָעפפיסיענט. דער פּרינציפּ פון לאַזער קאַמף, אין קורץ, איז צו דזשענערייט אין אַ מער ווייוולענגט, גערופֿן פלואָרעססענסע. די חילוק צווישן די ענערגיע אַבזאָרבד און ימיטיד פאָטאָנס געניצט נאָנראַדיאַטיווע ענערגיע טראַנזישאַנז און כיץ די סיסטעם.

ברייטערער באַנדע פלואָרעססענסע פליסיק לייזערז האט אַ יינציק שטריך - ווייוולענגט טונינג. דער פּרינציפּ פון אָפּעראַציע און נוצן פון דעם טיפּ ווי אַ טונאַבאַל לאַזער און די קאָוכיראַנט ליכט מקור, איז שיין ינקריסינגלי וויכטיק אין ספּעקטראַסקאַפּי, האָלאָגראַפי, און אין ביאָמעדיקאַל אַפּלאַקיישאַנז.

לעצטנס, לייזערז האָבן שוין געניצט צו פאַרב פֿאַר ייסאַטאָופּ צעשיידונג. אין דעם פאַל, די לאַזער סאַלעקטיוולי אָנצינדן איינער פון זיי, פּראַמפּטינג אָנהייבן אַ כעמישער רעאַקציע.