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LaserÉ uma grande invenção no século 20, e é chamada de faca mais rápida, a régua mais precisa e a luz mais brilhante. Laser (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação), o que significa amplificação de luz de radiação estimulada, descreve o princípio deGeração de laser... Em seguida, vamos dar uma olhada em como o laser é produzido.
A teoria da radiação estimulada é a base da geração do laser, apresentada por Einstein em 1917. Existem dois níveis de energia S1 e S2 no meio de ganho de laser, que correspondem ao estado de energia inferior e ao estado de energia superior
Da transição do laser respectivamente. A diferença de energia E2-E1 entre eles é igual a hν. Quando o sistema está no nível de energia S1 e irradiado por fótons com energia hν, ele tem uma certa probabilidade de absorver fótons e fazer a transição para o nível de energia S2. Este processo é chamado de absorção estimulada. Quando o sistema está no nível de energia S2, há uma certa probabilidade de que ele salte para o nível de energia S1 e libere o fóton fluorescente hν. Este processo é chamado de emissão espontânea. Se o sistema estiver no nível de energia S2 e irradiado por hν, ele tem uma certa probabilidade de liberar um fóton com a mesma frequência, fase 1 e direção de propagação que o fóton incidente. Este processo é chamado de radiação estimulada. Se tal meio de ganho contendo um grande número de moléculas no nível de energia S2 for colocado entre dois espelhos paralelos opostos, alguns fótons de fluorescência perpendiculares aos espelhos podem ser amplificados por radiação estimulada para formar oscilação autoexcitada, emitindo assim luz laser. O elemento óptico na extremidade esquerda da cavidade ressonante é chamado de acoplador de saída, que é equivalente a uma superfície reflexiva com uma certa transmitância, e é a saída do laser na cavidade ressonante.
Geralmente, a radiação estimulada é tão fraca que é até difícil de observar, muito menos usá-la para gerar laser. Quando uma substância está em equilíbrio térmico, a distribuição das moléculas nos níveis de energia obedece à distribuição de Boltzmann. O número de partículas N1 no estado de energia inferior S1 é muito maior do que o número de partículas N2 no estado de energia superior S2, e a absorção de fótons hν é muito maior do que a radiação estimulada, então é impossível realizar sinais ópticos macroscopicamente. A chave da geração do laser está na inversão do número de partículas, de modo que N2>N1. Atualmente, quando o laser funciona, é necessário adotar o método apropriado de excitação (bombeamento) para realizar a inversão do número de partículas em um nível de energia específico.
Tomando o laser corante como exemplo, este artigo apresenta como realizar a inversão do número de partículas. O meio de ganho de laser é solução de corante orgânico. Os corantes comumente usados incluem cumarina em bandas azuis e violetas, rodamina em faixas vermelhas e amarelas, etc. A transição a laser de corantes orgânicos ocorre principalmente nas bandas de energia dos estados singlete S0 e S1. Estes dois energia
As bandas são compostas por muitos níveis de energia rotacional e vibracional, que podem ser considerados contínuos devido ao alargamento da colisão em solução. No processo de geração de laser, as moléculas de corante são irradiadas pela luz da bomba para a transição do nível de energia inferior da banda S0 para a banda S1, e então faça a transição rápida para o nível de energia inferior de S1 por meio da não radiação, ou seja, o estado de energia superior da transição do laser. Na transição do laser, as moléculas fazem a transição para o nível de energia especificado na banda de energia S0 e liberam fótons, e então fazem a transição rápida para o nível de energia inferior da banda de energia S0. Porque o estado de energia superior S2 da transição do laser tem uma longa vida útil, enquanto a vida útil do S1 é muito curta e sob a ação da luz da bomba, um grande número de moléculas são excitadas para o estado de energia superior S2, de modo que a inversão da população pode ser realizada. Ao mesmo tempo da geração do laser, as moléculas de corante se cruzam entre os sistemas de geração de banda S1, entram no sistema de tripletos com longa vida em T1 e deixam o ciclo de transição do laser, o que afeta a eficiência do laser. Portanto, quando o laser corante funciona, éNecessário reciclar a solução corante.
Muitos lasers têm boa monocromaticidade, ou seja, a largura de banda espectral da luz de saída é estreita. Se o espectro de saída do laser é estreito ou não está relacionado aos seguintes fatores. Em primeiro lugar, o meio de ganho de laser e o modo de bombeamento determinam quais fótons de banda de comprimento de onda podem ser amplificados. Meios de ganho como laser a gás, laser excimer e laser Nd:YAG, que têm níveis de energia esparsos e distribuição de energia estreita, produzem naturalmente laser com largura de linha estreita. Em segundo lugar, a monocromaticidade do laser pode ser ajustada pela cavidade ressonante. Se for necessário produzir laser com boa monocromaticidade, é necessário definir a atenuação de diferentes componentes espectrais na cavidade ressonante para amplificar componentes espectrais específicos.
