Реферат: Лазерные технологии - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Лазерные технологии

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 266 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

14 ВВЕДЕНИЕ Лазерное излучение используется во многих областях чело веческой деятельности : машиност роении , сельском хозяйстве , медицине , связи , для обработки и хранения информации , измерения расстояний , времени и скорости , в научных иссле дованиях . Разные области применения налагают специфические для этой области требован ия к лазе рам : для сварки , резки и сверления металлов необ ходимы мощные лазеры непрерывного действия , а для исследования быстропротекающих процессов - лазеры , излучающие очень короткие , но энергичные импульсы , и т.д . В частности , для связи и обработки инфо рмации желательно иметь миниатюрные , но довольно мощные импульсные или непрерывные лазеры . Для этого используют твердотельные лазе ры с высокоэффективными (то есть с большим КПД ) активными элементами. Требование высокого КПД предъявляется к ла зерам всех т ипов , но в случае твердотельных лазеров с оптической накачкой оно особенно актуально , так как при ламповой накачке из-за плохого согласова ния спектров испускания лампы и поглощения ак тивного элемента КПД может составлять всего 0,01%, а максимальное значе ние 12%. Правда , КПД полупроводниковых лазеров достигает примерно 80%, но из-за большой расходимости лазерного пучка применение их в некоторых областях сильно ограничено . Газовые лазеры имеют слишком боль шие габариты , и как миниатюрные использоваться тоже не могут . В общем там , где необходимы мини атюрные лазеры с достаточно большими мощностя ми (0,1 — 10 Вт ), с малой расходимостью лазерного пучка , нужно применять твердотельные лазеры. Наиболее распространенным классическим ла зером , излучающим в ближней и нфракрасной обла сти спектра (1,06 мкм ), является лазер на иттрий- алюминиевом гранате с неодимом . Рабочими части цами в нем являются ионы неодима Nd 3+ , и лазер ра ботает по так называемой четырехуровневой схеме. Кристаллы иттрий-алюминиевого граната Y 3 Al 5 O 12 : Nd 3+ обладают исключительным набором свойств , делающим их весьма подходящим материа лом для твердотельных лазеров . Они прозрачны в очень широкой спектральной области (0,2 — 5 мкм ). механически прочны , обладают высокой лучевой устойчивостью , а по теплопр оводности уступают незначительно только корунду А 1 2 О 3 , теплопровод ность которого приблизительно такая же , как у меди . Кристаллическая структура иттрий-алюминиевого граната (ИАГ ) допускает введение значительных концентраций ионов Nd 3+ . В настоящее время те х нология выращивания монокристаллов ИАГ хоро шо разработана . Лазер на ИАГ имеет низкий порог генерации . Таким образом , казалось , что этот мате риал идеально подходит для создания высокоэф фективных лазеров . Однако выяснилось , что из-за так называемого кон центрационного тушения лю минесценции он не может быть использован для миниатюрных высокоэффективных лазеров . Чтобы понять , в чем дело , придется рассмотреть те процес сы и явления , которые происходят в кристаллах , со держащих примеси ионов редкоземельных э лемен тов , к которым принадлежит ИАГ : Nd 3+ . СВОЙСТВА ИОНА НЕОДИМА В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ. Основной частью лазера , как известно , является активный элемент . В твердотельном лазере это кри сталлический или стеклянный стержень . По суще ству кристалл или стекло являютс я вместилищем (средой ), в котором размещены собственно актив ные частицы ионы или ионные комплексы ). Имен но они , находясь в оптическом резонаторе , преоб разуют энергию излучения источников накачки в лазерное когерентное излучение. Наиболее употребительны ми активными части цами на протяжении 35 лет являются ионы редкозе мельного элемента неодима Nd 3+ ( Z = 60). Элек тронная конфигурация этого иона такова , что его энергетический спектр , то есть совокупность энер гий , которыми может обладать этот ион , позволя ет осуществлять наиболее энергетически выгодную четырехуровневую схему работы лазера . Переход E 1 — Е 4 (рис . I ) возникает вследствие внешнего воз буждения (накачка ), затем из-за взаимодействия с решеткой происходит быстрый безызлучательный переход E 4 — Е 3 , а затем лазерный переход E 3 — E 2 , и снова быстрый переход Е 2 — Е 1 . Ион теперь снова готов поглотить следующий квант от источника на- Рис . 1. Четырехуровневая схема работы лазера. качки . Такой цикл работы иона Nd 3+ возможен только в том случае , когда он находится в твердом теле , именно воздействие кристалла разрешает упо мянутые переходы. Рис . 2. Схема нижних уровней энергии свободно го иона неодима Nd 3 '. Схема нескольких энергетических уровней иона Nd 3+ эскизно представлена на рис . 2. Каждый из этих уровней представляет полную энергию иона , то есть энерг ию кулоновского взаимодействия 57 элек тронов с ядром ( Z — 60), их кинетическую энергию , кулоновское и магнитное взаимодействие этих эле ктронов между собой . Оказывается , что энергетиче ские уровни свободного иона неодима вырождены . Это означает , что в случ ае , когда ион неодима нахо дится в вакууме , энергией , соответствующей данно му энергетическому уровню , будут обладать не сколько состояний , отличающихся друг от друга ориентацией в пространстве момента количества движения . Когда же ион находится в кристалл е , то он оказывается в электрическом неоднородном по ле , созданном окружающими его ближними и даль ними ионами или ионными группами , образующи ми кристалл (или стекло ). Кажется понятным , что в этом случае энергия иона будет зависеть от того , как ориентиров ано электронное облако иона неодима относительно выделенных направлений в кристалле . Говорят , что в таком случае вырождение снимается и уровень расщепляется на штарковские подуров ни . Явление расщепления уровней под действием внешнего по отношению к иону э лектрического по ля носит название эффекта Штарка (ттарк-эф- фект ). Число штарковских компонентов определя ется симметрией неоднородного кристаллического поля , которая соответствует симметрии окружения данного иона , и теми состояниями , которые имеют место в свободном ионе . Величина же расщепления определяется "силой " кристаллического поля , то есть напряженностью этого поля в том месте , где находится примесный ион. Так как при любой температуре частицы , обра зующие кристалл , находятся в колебательном дви жени и , то симметрия окружения и напряженность кристаллического поля — динамические величины . Эти обстоятельства определяют вероятности пере ходов между уровнями и уширение спектральных линий . Для ионов редкоземельных элементов , и ио на Nd 3+ в том числе , валент ные электроны которых не участвуют в ковалентной связи с соседними час тицами , уширения спектральных линий ничтожны . Вероятности переходов между некоторыми уровня ми становятся значительными , так что время жизни возбужденного уровня 4 F 3/2 , например , может рав няться нескольким микросекундам. Рассмотрим энергетический спектр иона Nd 3+ в кристалле ИАГ . В этом кристалле часть ионов Y 3+ замещается ионами Nd 3+ . Размеры этих ионов не сколько отличаются друг от друга , и это в известной мере ограничивает концентрац ию примеси в этом кристалле . Ион Nd 3+ в этом кристалле окружен деся тью ближайшими ионами O 2+ . Окружение создает электрическое поле , которое сильно расщепляет энергетические уровни , причем поле имеет низкую симметрию . На рис . 3 приведена схема энергетичес ких уровней иона Nd 3+ , когда он находится в ИАГ . Символы , стоящие слева , показывают , из какого мультиплета свободного иона возникла данная группа уровней , цифры справа — величину энергии в спектроскопических единицах — обратных сантиме трах (см -1 ), вертика льные стрелки указывают на возможные переходы , а числа на них — длина волны , которая испускается или поглощается при этом пе реходе. Возбужденный ион имеет определенную вероят ность испустить квант света (фотон ) или передать часть или всю энергию возбужден ия кристаллу , уве личив энергию колебаний его решетки . Возбужден ный ион (атом ) представляет собой колебательную систему со столькими степенями свободы , сколько есть возможных переходов в схеме энергетических уровней . Это означает , что возбужденный ион со здает вокруг себя квазистационарное электричес кое переменное поле с частотами v mn =( E m - E n )/ h ( v — частота , h — так называемая постоянная План- Рис . 3. Обобщенная сх ема уровней энергии иона Nd 3+ и переходов между ними в ИАГ. ка ). Это поле поляризует кристаллическую решетку , и если в спектре колебаний ее имеются частоты , равные v mn то вследствие резонансного взаимодей ствия энергия от примесного и она переходит к ре шетке , то есть происходит безызлучательный пере ход в примесном ионе . Вероятность этого процесса очень велика , так что потеря энергии возбужденно го иона происходит за 10 -12 — 10 -10 с . Так , ион Na 3+ , будучи возбужден на уровни , находящиес я выше уровня 4 F 3/2 , за 10 -11 с каскадно отдает свою энергию решетке и оказывается на мета стабильном уровне 4 F 3/2 , Переходы на более низкие уровни соответст вуют частотам , значительно превосходящим часто ты колебаний решетки кристалла , и поэтому из-за отс утствия резонанса энергия решетке не передает ся , а со средним временем порядка сотен микросе кунд испускается в виде кванта света . Если Nd 3+ оказывается на уровнях мультиплетов 4 I 15/2, 4 I 13/2 , 4 I 11/2 и 4 I 9/2 , то энергия его возбуждения снова разме нива ется на фононы — так называют кванты колеба ний решетки . Эти процессы создают возможность создать лазер , работающий по четырехуровневой схеме : возбуждение от внешнего источника света с уровней основного мультиплета 4 I 9/2 на уровни 4 F 5 /2 , 2 H 9/2 , 4 F 7/ 2 ,, 4 S 3/2 и на лежащие выше . Как пока зано на рис . 3, энергетические расстояния между всеми этими уровнями невелики , поэтому возбуж дение передается решетке и ион Nd 3+ оказывается возбужденным с энергией , соответствующей уров ням 4 F 3/2 . С этого уровня ион пе реходит на уровни 4 I 15/2 , 4 I 13/2 , 4 I 11/2 , 4 I 9/2 , испуская при этом кванты света с длинами волн в диапазонах !,6; 1,3; 1,06; 0,92 мкм соответственно (наиболее вероятен пере ход 4 F 3/2 - 4 I 11/2 ). Дальнейшая релаксация возбужде ния идет безызлучательно на нижн ие штарковские компоненты мультиплета 4 I 9/2 . Вероятности перехо дов на разные штарковские компоненты мультиплетов 4 I j различны , их обычно характеризуют величи ной , называемой сечением перехода . Эти сечения зависят от вида начального и конечного электрон ны х состояний иона , которые определяются как природой иона , так и статической и динамической составляющими кристаллического поля . Наиболь шее сечение , как уже упоминалось , приходится на переход 4 F 3/2 - 4 I 11/2 , в разных кристаллах оно разное и находится в инт ервале от 10 -20 до 10 -18 см 2 (на пример , этот переход в YVO 3 ; Nd 3+ имеет сечение 1,3
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Умные не столько ищут одиночества, сколько избегают создаваемой дураками суеты.
(c) А. Шопенгауэр
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Лазерные технологии", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru