Wielka encyklopedia ropy i gazu. pod wpływem ciągłego promieniowania laserowego

Głównymi właściwościami promieniowania laserowego są: monochromatyczność, spójność przestrzenna i czasowa, kierunkowość, duża moc i jasność.

Monochromatyczność i polaryzacja .

Monochromatyczność charakteryzuje stopień koncentracji promieniowania w całym spektrum. Ilościową cechą stopnia monochromatyczności jest szerokość linii widmowej na poziomie 0,5 od jej maksimum lub zakres widmowy zajmowany przez grupę linii.

Bardziej obiektywną cechą jest względna szerokość widma
, Gdzie ,- częstotliwość kątowa i długość fali odpowiadające maksimum widma.

Szerokość trybu widmowego emitowanego przez rezonator jest określona przez jego współczynnik jakości
. Z kolei wartość określane na podstawie strat w rezonatorze.

Teoretyczną granicę szerokości linii widmowej promieniowania laserowego wyznaczają dwa czynniki: 1) szum powodowany promieniowaniem cieplnym w rezonatorze; 2) hałas związany ze spontaniczną emisją substancji czynnej. W zakresie optycznym szum powstający w wyniku emisji spontanicznej przeważa nad szumem termicznym. Jeśli weźmiemy pod uwagę jedynie szum wywołany przejściami spontanicznymi, okaże się, że linia widmowa wyjściowego promieniowania laserowego ma wzór Lorentza (patrz rozdział 1.7) z połową szerokości
, Gdzie R– moc wyjściowa promieniowania laserowego.

Dla mocy wyjściowej lasera R= 1 mW, emitujący w czerwonym obszarze widma ( λ 0 = 0,63 µm) i mając współczynnik jakości rezonatora 10 8, otrzymujemy
≈ 5∙10 -16. Ponieważ
, Na L=1m dopuszczalne odchylenie długości rezonatora wynosi
= 5∙10 -7 nm. Oczywiście stabilizacja długości rezonatora w takich granicach jest bardzo problematyczna. W warunkach rzeczywistych monochromatyczne promieniowanie lasera jest determinowane przez zmiany długości wnęki spowodowane efektami termicznymi, wibracjami itp.

Rozważmy kwestię polaryzacja promieniowanie laserowe. Światło, dla którego istnieje uporządkowana orientacja wektorów natężeniamiIH, nazywa się spolaryzowanym. Laser, ogólnie rzecz biorąc, może generować światło niespolaryzowane, ale ma to szkodliwy wpływ na stabilną pracę lasera. Aby laser działał na jednej polaryzacji i uzyskał na wyjściu światło spolaryzowane płasko, wystarczy wprowadzić do rezonatora straty dla jednej z dwóch polaryzacji. Światło spolaryzowane płasko to światło, którego kierunek wektorów drgań jest równymiIHw dowolnym punkcie przestrzeni pozostają niezmienione w czasie. W laserach na ciele stałym wykorzystuje się do tego anizotropię właściwości optycznych substancji czynnej. Na przykład promieniowanie lasera rubinowego jest z reguły spolaryzowane ze względu na dwójłomność i niedopasowanie osi optycznej kryształu do osi rezonatora.

Konsekwencja charakteryzuje skoordynowane występowanie w czasie i przestrzeni dwóch lub kilku procesów fal oscylacyjnych, które pojawiają się, gdy są one dodawane do siebie.

W najprostszej formie w optyce koherencja jest związana ze stałością różnicy faz pomiędzy dwoma różnymi radiacjami lub dwiema częściami jednego promieniowania. Interferencję dwóch dodanych promieni można zaobserwować tylko wtedy, gdy są one wzajemnie spójne.

Dla fali elektromagnetycznej można zdefiniować dwa niezależne pojęcia – przestrzeń i czas koherencji.

Spójność przestrzenna odnosi się do korelacji faz fal elektromagnetycznych emitowanych z dwóch różnych punktów źródłowych w tych samych chwilach czasu.

Spójność czasowa odnosi się do korelacji pomiędzy fazami fal elektromagnetycznych emitowanych z tego samego punktu.

Spójność przestrzenna i czasowa są niezależnymi parametrami: jeden rodzaj spójności może istnieć przy braku drugiego. Spójność przestrzenna zależy od poprzecznego trybu wyjściowego lasera. Laser o fali ciągłej pracujący w jednym trybie poprzecznym charakteryzuje się niemal idealną spójnością przestrzenną. Laser impulsowy pracujący w trybie wielomodowym ma ograniczoną spójność przestrzenną.

Spójność czasowa jest bezpośrednio związana z monochromatycznością. Lasery jednoczęstotliwościowe (jednomodowe) o fali ciągłej charakteryzują się wysokim stopniem spójności czasowej.

Stopień wzajemnej koherencji dwóch emiterów można określić eksperymentalnie na podstawie kontrastu wzoru interferencyjnego

, (1)

I
- intensywność na maksimum i minimum prążków interferencyjnych.

Mierząc intensywność
I
w pobliżu wybranych punktów na ekranie można określić funkcję , charakteryzujący stopień wzajemnej spójności pierwszego rzędu.

. (2)

Obserwować jedynie spójność przestrzenną w punktach X 1 I X 2
, tj. dokonać pomiarów w pobliżu punktu 0 (patrz rys. 2.10). Obserwować jedynie czasową spójność dziury X 1 I X 2 muszą być zlokalizowane tak blisko, jak to pożądane (zbiegają się), ale dla dwóch fal zakłócających należy zapewnić opóźnienie czasowe na przykład poprzez oddzielenie fali od dziury X 1 na dwie części przy użyciu dodatkowego półprzezroczystego zwierciadła, tak jak ma to miejsce w interferometrze Michelsona.

Ryż. 2.10. Pomiar stopnia koherencji fali elektromagnetycznej za pomocą interferometru Younga.

Czas koherencji wynosi 1/∆ ω , Gdzie ∆ ω – szerokość linii w Hz. Czas koherencji pomnożony przez prędkość światła to długość koherencji. Ta ostatnia charakteryzuje głębię ostrości w holografii i maksymalne odległości, na jakich możliwe są pomiary interferometryczne.

Spójność promieniowania jest ważna w tych zastosowaniach lasera, w których następuje rozszczepianie, a następnie łączenie składników wiązki laserowej. Zastosowania te obejmują interferometryczny pomiar odległości laserem i holografię.

Jeśli uporządkujemy źródła promieniowania optycznego według malejącego stopnia spójności ich wytwarzania promieniowania, wówczas otrzymamy: lasery gazowe – cieczowe – lasery dielektryczne na ciele stałym – lasery półprzewodnikowe – lampy wyładowcze – diody LED – lampy żarowe.

Kierunkowość i jasność.

Kierunek promieniowania to lokalizacja promieniowania w pobliżu jednego kierunku, który jest osią propagacji promieniowania. Promieniowanie laserowe ze swej natury jest wysoce kierunkowe. W przypadku promieniowania laserowego współczynnik kierunkowości może osiągnąć 2000. Rozbieżność promieniowania laserowego jest ograniczona zjawiskami dyfrakcyjnymi.

Kierunkowość promieniowania laserowego charakteryzuje się jego rozbieżnością, która jest określona stosunkiem długości fali generowanego promieniowania do wymiaru liniowego rezonatora.

Promieniowanie lasera jest spójne i dlatego czoło fali ma z reguły prawie płaszczyznę lub kulę o bardzo dużym promieniu. Zatem laser można uznać za źródło prawie równoległych wiązek o bardzo małej rozbieżności. Zasadniczo rozbieżność ta jest określana przez dyfrakcję promieni na aperturze wyjściowej. Rozbieżność kątowa izl, określone metodą dyfrakcji, szacuje się za pomocą wyrażenia
, Gdzie D– średnica otworu lub średnica belki w jej najwęższym miejscu.

Spójne promieniowanie laserowe można skupić w bardzo małej plamce, gdzie gęstość energii będzie bardzo duża. Teoretyczną granicą minimalnej wielkości wiązki laserowej jest długość fali. W przypadku laserów przemysłowych wymiary skupionej plamki świetlnej wynoszą 0,001-0,01 cm Obecnie lasery osiągają moc promieniowania 10 11 W/cm 2 (gęstość promieniowania Słońca wynosi zaledwie 7∙10 3 W/cm 2).

Wysoka kierunkowość promieniowania laserowego decyduje również o jego dużej jasności. Jasność źródła fali elektromagnetycznej to moc promieniowania emitowanego z powierzchni jednostkowej pod jednostkowym kątem bryłowym w kierunku prostopadłym do powierzchni promieniującej.

Oprócz jasności energetycznej wprowadzono pojęcie jasności fotometrycznej. Służy do oceny skuteczności ekspozycji na światło na ludzkie oko. Przejście z wielkości energetycznych na fotometryczne odbywa się poprzez współczynnik
, w zależności od długości fali.

Współczynnik ten jest lekkim odpowiednikiem strumienia promieniowania i nazywa się go widmowa skuteczność świetlna promieniowania monochromatycznego lub widoczność. W przypadku normalnego widzenia w dzień maksimum funkcji widoczności występuje przy długości fali = 555 nm (światło lustrzane). Na =380 i 780 nm widzialność spada prawie do zera.

Lasery

Lekcja objaśniająca nowy materiał, 2 godziny, klasa 11

Materiał przeznaczony jest na dwie lekcje, lekcję domową i lekcję III, podczas której prezentowane są przygotowane komunikaty na temat wykorzystania laserów. Struktura i treść lekcji powinna służyć nie tylko poszerzaniu horyzontów w oparciu o wiedzę zdobytą w optyce kwantowej, ale także rozwijaniu umiejętności myślenia, porównywania, uogólniania i analizowania.

Podczas zajęć

I. Tytuł tematu dzisiejszej lekcji jest napisany w języku angielskim. Co to oznacza po rosyjsku? ( Odpowiedź. Laser to angielski skrót nazwy.) Wybierz odpowiednie rzeczowniki dla słowa „laser”. (Odpowiedź: Pokaż, broń, drukarka, wskaźnik, dysk...) Odpowiedzi pokazują, że znasz zastosowanie niesamowitego wynalazku XX wieku. – laserowe. Potwierdzeniem jego znaczenia jest przyznanie w 1964 roku Nagrody Nobla N.G. Basovowi, A.M. Prochorowowi i C. Townesowi „za fundamentalne prace w dziedzinie elektroniki kwantowej, które doprowadziły do ​​​​powstania generatorów i wzmacniaczy opartych na zasadzie lasera maserowego .”

Przed tobą laser laboratoryjny i wskaźniki laserowe. Zastanawiam się, co jest takiego specjalnego w tych źródłach światła, jak są zaprojektowane, skoro chyba tak wysoka ocena wynalazku lasera jest zasłużona?

II. Kwantowe wzmocnienie fal elektromagnetycznych (EMW) opiera się na dwóch procesach: wzbudzeniu wymuszonego promieniowania i akumulacji wzbudzenia.

Promieniowanie jest na ogół związane z przejściem atomów (cząsteczek) ze stanu wzbudzonego z energią Em do stanu stabilnego o niższej energii En. Częstotliwość promieniowania w tym przypadku wynosi . W konwencjonalnych źródłach światła liczba przejść Em En równa liczbie przejść En Em, promieniowanie występuje w szerokim zakresie częstotliwości, fazy fal emitowanych przez poszczególne atomy są dowolne. Ten rodzaj promieniowania nazywa się spontaniczny, Lub spontaniczny.

Jeśli sztucznie stworzymy przeludnienie wyższych poziomów energii Em, wówczas, według przypuszczeń V.A. Fabrikanta, promieniowanie zewnętrzne o częstotliwości mn przejście przez taki ośrodek aktywny można usprawnić dzięki „prowokowanym” przez nie przejściu w ośrodku Em En. Ten wymuszony, Lub wywołany, promieniowanie różni się od promieniowania spontanicznego: kierunek propagacji, polaryzacja, częstotliwość i faza fal emitowanych przez poszczególne atomy są całkowicie identyczne z falą zewnętrzną.

Przez długi czas nie było możliwe stworzenie stabilnego przepełnienia poziomów w systemie dwupoziomowym, ponieważ przejścia na niższy poziom następowały zbyt szybko, po 10–8 s. Układ trójpoziomowy okazał się bardziej stabilny, gdy elektrony najpierw przeszły z poziomu górnego do środkowego (podpoziomu), a przejściu temu nie towarzyszyło promieniowanie, przebywały tam do 10 –3 s, a następnie „opadały” ” na niższy poziom za pomocą promieniowania. W laserach rubinowych podpoziom powstaje poprzez wprowadzenie zanieczyszczeń chromowych do kryształu tlenku glinu (rubinowego). Istnieją również systemy czteropoziomowe.

Poziom M _____________
________________ Poziom podrzędny

Poziom N _____________

W generatorach kwantowych pomiędzy zwierciadłami tworzą się tzw Rezonator Fabry’ego-Perota, umieść aktywny nośnik. Przechodząc kilka razy z jednego lustra do drugiego, fala nasila się i częściowo wychodzi przez półprzezroczyste lustro na zewnątrz. Czy myślicie, że długość rezonatora - droga pomiędzy zwierciadłami - może być dowolna? Okazuje się, że nie, warunek rezonansu musi być spełniony: długość rezonatora musi zawierać całkowitą liczbę długości fal fali rozchodzącej się w rezonatorze: 2 L = N, Gdzie L– odległość między zwierciadłami, – długość fali, N- Liczba całkowita.

Warunek ten jest najważniejszy dla generacji fali, zapewnia monochromatyczność promieniowania. W laserze (generatorze kwantowym) nie mogą powstać fale o dowolnych częstotliwościach. Fale generowane są tylko z dyskretnym zestawem częstotliwości:

Laser jest zasadniczo systemem samooscylującym, w którym nietłumione oscylacje są wzbudzane przy jednej z częstotliwości naturalnych rezonatora.

III. Sprawdźmy, jak zrozumiałeś to, co zostało powiedziane, jakie myśli i pytania pojawiły się w Twojej głowie.

– Dlaczego nazywa się lasery źródła kwantowe przecież w źródłach konwencjonalnych promieniowanie powstaje także w wyniku przejść elektronów z wyższych poziomów energetycznych na niższe? ( Odpowiedź. Laser jest sztucznym źródłem promieniowania, którego głównymi właściwościami odróżniającymi go od źródeł naturalnych jest monochromatyczność i spójność promieniowania.)

– Jakie cechy fali pierwotnej padającej na ośrodek aktywny zmieniają się w laserze? ( Odpowiedź. Intensywność.)

– Nazwij proces odwrotny do procesu emisji wymuszonej. ( Odpowiedź. Proces wzbudzenia, który odpowiada przejściom elektronów z niższych poziomów energetycznych na wyższe.)

– Nazwij elementy lasera jako układu samooscylującego. ( Odpowiedź. Rezonatory, ośrodek aktywny.)

– Co w konstrukcji lasera decyduje o monochromatyczności emitowanej fali? ( Odpowiedź. Odległość między lustrami.)

– Jaka jest fizyka emisji wymuszonej? ( Odpowiedź. Zjawisko rezonansu.)

IV. Na podstawie otrzymanej literatury w ciągu 3 minut przygotujcie w grupach raporty na temat działania laserów rubinowych, półprzewodnikowych, gazowych i chemicznych. Prezentując trzymaj się planu: sposobu uzyskania układów trójpoziomowych, sposobu wzbudzenia, cech urządzenia i zakresu zastosowania. Narysuj uproszczony schemat na kartce papieru Whatmana.

V. Słyszeliście wiadomości. Sprawdź, czy rozumiesz, odpowiadając na następujące pytania:

– Co mają wspólnego różne typy laserów? ( Odpowiedź. Różne rodzaje energii są przekształcane w energię promieniowania optycznego.)

– Nazwij tryby pracy lasera. Co decyduje o trybie pracy? ( Odpowiedź. Impuls, ciągły; zależy od metody wzbudzenia i rodzaju ośrodka aktywnego.)

– Nazwij zakresy fal emitowanych przez generatory kwantowe. Z czego wynikają? ( Odpowiedź. Zasięg radiowy – masery; Rentgenowskie, optyczne, w tym podczerwone, lasery.)

– Czy istnieje granica wzmocnienia promieniowania? ( Odpowiedź. Tak. W przeciwnym razie sam system ulegnie zniszczeniu. Jednak zastosowanie instalacji wielokanałowych znacznie rozszerza ten limit.)

VI. Na kartce pojawia się notatka: „Nie patrz drugim okiem w laser”.

Nie warto patrzeć bezpośrednio w laser, nawet małej mocy – natężenie światła na siatkówce może być 10-4 razy większe niż maksymalne natężenie promienia słonecznego. Jeśli wiązka przypadkowo „rozmazuje” oczy, które są skupione na innym przedmiocie, wówczas można oślepnąć tylko chwilowo, bez nieodwracalnego uszkodzenia oka. Ale nie ma sensu szukać granicy między tymi skrajnościami!

VII. Eksperymentalne badanie właściwości promieniowania laserowego

1. Monochromatyczny– promieniowanie elektromagnetyczne ma jedną, określoną i ściśle stałą częstotliwość. Dzieje się tak dlatego, że wzmacniane są tylko fale spełniające warunek rezonansu. Jednakże współczynnik niepewności mi TH prowadzi do tego, że energia stanu wzbudzonego jest na poziomie M może mieć znaczenie pomiędzy Em – mi I Em + mi, dlatego częstotliwości emitowane przez laser będą się różnić o , i .

Gdzie D= 1 mm – odległość pomiędzy skokami, +3 i –3 – kąty, przy których obserwuje się maksima rzędu +3 i –3, L= 1 m. Po dokonaniu przekształceń znajdujemy:

Gdzie H+3 i H–3 – wysokości odpowiednich maksimów. Po zmierzeniu H–3 = 10 cm i H+3 = 14 cm i podstawiając wszystkie wartości liczbowe otrzymujemy: = 730 nm. – Czerwony.]


Uczniowie przygotowują się do pomiaru długości fali promieniowania laserowego za pomocą suwmiarki

Aby to sprawdzić, przeprowadzimy pomiary za pomocą standardowej siatki dyfrakcyjnej N= 600 linii/mm. Kierując na nią wiązkę prostopadle otrzymujemy:

Według pomiarów, L= 1 m, k= ±1, H+1 = 43,5 cm = 0,435 m, H–1 = 45 cm = 0,45 m. Następnie:


Pomiar długości fali promieniowania laserowego za pomocą konwencjonalnej siatki dyfrakcyjnej

2. Spójność– zgodność w czasie i przestrzeni kilku procesów oscylacyjnych lub falowych, co pozwala po zsumowaniu uzyskać wyraźny wzór interferencyjny.

Spójność czasowa odpowiada za powstawanie obrazu interferencyjnego przy podziale wiązki na dwie części. Im szersze spektrum promieniowania, tym mniej spójne jest: Zatem monochromatyczność jest powiązana ze spójnością.

Jeśli skierujemy wiązkę lasera na ekran lub czarny papier kserokopiarski, zobaczymy, że nie jest to równy punkt jak promień elektrycznej latarki, ale układ pojedynczych ziaren, jakby tańczący. Struktura ta nazywa się - ziarnisty, Lub ziarnisty, Lub łata. Tworzy go równoległa wiązka przestrzennie spójnego światła, które jest rozproszone rozproszonie na cienkiej strukturze kartki papieru i jest tłumaczone interferencją światła rozproszonego przez poszczególne nierówności, których wymiary są porównywalne z długością fali światła. Spójność przestrzenna oznacza, że ​​fazy fal świetlnych emitowanych przez dowolną część lasera pokrywają się, co zapewnia stabilność obrazu interferencyjnego.

Przejrzystość obrazu interferencyjnego zależy od wielkości obszaru spójności przestrzennej. Można to sprawdzić eksperymentalnie, obserwując interakcję promieni przechodzących przez dwa małe otwory, jak w eksperymencie Younga. W tym celu umieściliśmy jedna na drugiej igły z małymi uszkami i po oświetleniu wskaźnikiem laserowym uzyskaliśmy wyraźny wzór interferencyjny, będący dowodem na przestrzenną spójność wiązki lasera.

3. Rozbieżność świateł mijania. Dzięki słabej rozbieżności wiązka lasera widoczna jest jako punkt na przeszkodzie nawet z dużej odległości. Sprawdźmy to na podstawie doświadczenia. Promień lasera odbity w lustrze trafił w ekran.

Na L= 10 m (długość szafki) i średnica wiązki (= 740 nm) przy wyjściu ze wskaźnika D= 3 mm średnica wiązki podczas padania na lustro D 1 = 6 mm i po upuszczeniu na ekran D 2 = 8 mm. W rezultacie uzyskano rozbieżność wiązki wynoszącą około 2 mm w odległości 10 m.

Rzeczywiście, teoretycznie kąt rozbieżności a jest określony tylko przez średnicę belki D i długość fali:

Przy długości 10 m rozmiar belki powinien wzrosnąć do 10 m 0,25 10 –3 = 2,5 10 –3 m = 2,5 mm. Wiązka latarki różni się znacznie bardziej.

4. Moc promieniowania. Lasery są najpotężniejszym źródłem promieniowania: ich moc sięga 10 14 W/cm 2, podczas gdy moc promieniowania Słońca wynosi 7 10 3 W/cm 2. Spektralna moc promieniowania (przypisana wąskiemu przedziałowi długości fal = 10 –6 cm) wynosi 0,2 W/cm 2 dla Słońca i na wskaźniku laserowym.

Zmierzmy moc promieniowania wskaźnika laserowego za pomocą naszej instalacji i porównajmy ją z mocą promieniowania lampy elektrycznej.

Prąd pobierany przez lampę wynosi 0,15 A przy napięciu 3,6 V. Moc lampy P 1 = 0,15 A 3,6 V = 0,54 W. Fotoprąd uzyskany poprzez naświetlanie fotokomórki tą lampą umieszczoną w pewnej odległości L= 10 cm, wyniósł 25 µA.

Moc strumienia świetlnego lampy, biorąc pod uwagę skuteczność świetlną lampy (5%) i średnicę fotokomórki (3 cm), wynosi tylko:

Fotoprąd ze wskaźnika laserowego umieszczonego w tej samej odległości L= 10 cm, wyniósł 300 μA.

Jeżeli strumień świetlny wskaźnika laserowego wynosi 0,6, wówczas stosunek fotoprądów wynosi:

w związku z tym moc promieniowania wskaźnika laserowego

VIII. Dzisiaj na zajęciach nauczyłeś się ( mówią studenci): czym i dlaczego promieniowanie laserowe różni się od promieniowania z innych źródeł; Jak powstaje to promieniowanie? Pozostaje dowiedzieć się, w jaki sposób te właściwości są wykorzystywane w urządzeniach technicznych: technologii medialnej, urządzeniach medycznych, holograficznych środkach zapisu i odtwarzania obrazów, broni, reaktorach termojądrowych. Każda grupa w domu przygotowuje jedno pytanie i rozwiązuje problem.

Lasery stają się coraz ważniejszym narzędziem badawczym w medycynie, fizyce, chemii, geologii, biologii i inżynierii. Niewłaściwie używane mogą spowodować oślepienie i obrażenia (w tym oparzenia i porażenie prądem) operatorów i innego personelu, w tym osób postronnych w laboratorium, a także znaczne szkody materialne. Użytkownicy tych urządzeń muszą w pełni rozumieć i stosować niezbędne środki ostrożności podczas ich obsługi.

Co to jest laser?

Słowo „laser” (LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to skrót oznaczający „wzmocnienie światła poprzez stymulowaną emisję promieniowania”. Częstotliwość promieniowania generowanego przez laser mieści się w widzialnej części widma elektromagnetycznego lub w jej pobliżu. Energia jest wzmacniana do niezwykle dużej intensywności w procesie zwanym emisją indukowaną laserem.

Termin promieniowanie jest często błędnie rozumiany, ponieważ jest również używany do opisu. W tym kontekście oznacza transfer energii. Energia jest przenoszona z jednego miejsca do drugiego poprzez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie.

Istnieje wiele różnych typów laserów, które działają w różnych środowiskach. Stosowanym czynnikiem roboczym są gazy (na przykład argon lub mieszanina helu i neonu), stałe kryształy (na przykład rubin) lub ciekłe barwniki. Kiedy energia jest dostarczana do czynnika roboczego, ulega on wzbudzeniu i uwalnia energię w postaci cząstek światła (fotonów).

Para lusterek na obu końcach szczelnej rurki odbija lub przepuszcza światło w postaci skoncentrowanego strumienia zwanego wiązką lasera. Każde środowisko operacyjne wytwarza wiązkę o unikalnej długości fali i kolorze.

Barwę światła laserowego zazwyczaj wyraża się długością fali. Jest niejonizujące i obejmuje części widma w zakresie ultrafioletu (100–400 nm), światła widzialnego (400–700 nm) i podczerwieni (700 nm – 1 mm).

Widmo elektromagnetyczne

Każda fala elektromagnetyczna ma unikalną częstotliwość i długość związaną z tym parametrem. Tak jak światło czerwone ma swoją własną częstotliwość i długość fali, tak wszystkie inne kolory – pomarańczowy, żółty, zielony i niebieski – mają unikalne częstotliwości i długości fal. Ludzie są w stanie dostrzec te fale elektromagnetyczne, ale nie są w stanie zobaczyć reszty widma.

Promieniowanie ultrafioletowe ma również najwyższą częstotliwość. Podczerwień, promieniowanie mikrofalowe i fale radiowe zajmują niższe częstotliwości widma. Światło widzialne leży w bardzo wąskim zakresie pomiędzy nimi.

wpływ na ludzi

Laser wytwarza intensywną, ukierunkowaną wiązkę światła. Jeśli zostanie skierowana, odbita lub skupiona na obiekcie, wiązka zostanie częściowo pochłonięta, podnosząc temperaturę powierzchni i wnętrza obiektu, co może spowodować zmianę lub deformację materiału. Właściwości te, wykorzystywane w chirurgii laserowej i obróbce materiałów, mogą być niebezpieczne dla tkanki ludzkiej.

Oprócz promieniowania wywołującego efekt termiczny na tkankę niebezpieczne jest promieniowanie laserowe wywołujące efekt fotochemiczny. Jego warunkiem jest odpowiednio krótka, czyli ultrafioletowa lub niebieska część widma. Nowoczesne urządzenia wytwarzają promieniowanie laserowe, którego wpływ na człowieka jest zminimalizowany. Lasery małej mocy nie mają wystarczającej energii, aby wyrządzić krzywdę i nie stanowią zagrożenia.

Tkanka ludzka jest wrażliwa na energię i w pewnych okolicznościach promieniowanie elektromagnetyczne, w tym promieniowanie laserowe, może spowodować uszkodzenie oczu i skóry. Przeprowadzono badania dotyczące progowych poziomów promieniowania traumatycznego.

Zagrożenie dla oczu

Ludzkie oko jest bardziej podatne na uszkodzenia niż skóra. Rogówka (przezroczysta zewnętrzna powierzchnia oka), w przeciwieństwie do skóry właściwej, nie ma zewnętrznej warstwy martwych komórek, które chronią ją przed wpływami środowiska. Laser jest absorbowany przez rogówkę oka, co może spowodować jej uszkodzenie. Urazowi towarzyszy obrzęk nabłonka i nadżerka, a przy ciężkich urazach - zmętnienie komory przedniej.

Soczewka oka może być również podatna na uszkodzenia, gdy jest narażona na działanie różnego rodzaju promieniowania laserowego – podczerwonego i ultrafioletowego.

Największym zagrożeniem jest jednak oddziaływanie lasera na siatkówkę w widzialnej części widma optycznego – od 400 nm (fiolet) do 1400 nm (bliska podczerwień). W tym obszarze widma skolimowane wiązki skupiają się na bardzo małych obszarach siatkówki. Najbardziej niekorzystne oddziaływanie występuje, gdy oko patrzy w dal i zostaje trafione wiązką bezpośrednią lub odbitą. W tym przypadku jego stężenie na siatkówce sięga 100 000 razy.

Zatem wiązka widzialna o mocy 10 mW/cm2 oddziałuje na siatkówkę z mocą 1000 W/cm2. To więcej niż wystarczy, aby spowodować uszkodzenie. Jeśli oko nie patrzy w dal lub jeśli wiązka światła odbija się od rozproszonej, nielustrzanej powierzchni, znacznie silniejsze promieniowanie prowadzi do obrażeń. Ekspozycja lasera na skórę nie powoduje efektu ogniskowania, dlatego przy tych długościach fal jest ona znacznie mniej podatna na uszkodzenia.

Promienie rentgenowskie

Niektóre układy wysokiego napięcia o napięciach większych niż 15 kV mogą generować promienie rentgenowskie o znacznej mocy: promieniowanie laserowe, którego źródłami są potężne elektronicznie pompowane, a także układy plazmowe i źródła jonów. Urządzenia te należy przetestować, między innymi pod kątem zapewnienia odpowiedniego ekranowania.

Klasyfikacja

W zależności od mocy lub energii wiązki oraz długości fali promieniowania, lasery dzieli się na kilka klas. Klasyfikacja opiera się na potencjale urządzenia, które może spowodować natychmiastowe obrażenia oczu, skóry lub pożar w przypadku bezpośredniego wystawienia na działanie wiązki światła lub odbicia od rozproszonych powierzchni odbijających światło. Wszystkie dostępne na rynku lasery muszą być identyfikowane poprzez umieszczone na nich oznaczenia. Jeżeli urządzenie zostało wykonane samodzielnie lub nie zostało w inny sposób oznakowane, należy zasięgnąć porady dotyczącej jego właściwej klasyfikacji i oznakowania. Lasery rozróżnia się na podstawie mocy, długości fali i czasu ekspozycji.

Bezpieczne urządzenia

Urządzenia najwyższej klasy generują promieniowanie laserowe o niskim natężeniu. Nie może osiągnąć niebezpiecznego poziomu, więc źródła są zwolnione z większości kontroli lub innych form nadzoru. Przykład: drukarki laserowe i odtwarzacze CD.

Warunkowo bezpieczne urządzenia

Lasery drugiej klasy emitują w widzialnej części widma. Jest to promieniowanie laserowe, którego źródła powodują u człowieka normalną reakcję niechęci do zbyt jasnego światła (odruch mrugnięcia). Ludzkie oko pod wpływem wiązki mruga w ciągu 0,25 s, co zapewnia wystarczającą ochronę. Jednak promieniowanie laserowe w zakresie widzialnym może uszkodzić oko przy stałym narażeniu. Przykłady: wskaźniki laserowe, lasery geodezyjne.

Lasery klasy 2a to urządzenia specjalnego przeznaczenia o mocy wyjściowej mniejszej niż 1 mW. Urządzenia te powodują uszkodzenia tylko wtedy, gdy są bezpośrednio wystawione na działanie przez ponad 1000 sekund w ciągu 8-godzinnego dnia pracy. Przykład: czytniki kodów kreskowych.

Niebezpieczne lasery

Klasa 3a obejmuje wyroby, które nie powodują obrażeń podczas krótkotrwałego narażenia na niechronione oko. Może stwarzać zagrożenie podczas korzystania z optyki skupiającej, takiej jak teleskopy, mikroskopy lub lornetki. Przykłady: laser helowo-neonowy o mocy 1–5 mW, niektóre wskaźniki laserowe i poziomy budynków.

Wiązka lasera klasy 3b może spowodować obrażenia w wyniku bezpośredniego narażenia lub odbicia lustrzanego. Przykład: Laser helowo-neonowy 5-500 mW, wiele laserów badawczych i terapeutycznych.

Klasa 4 obejmuje urządzenia o poziomie mocy większym niż 500 mW. Są niebezpieczne dla oczu i skóry, a także stwarzają zagrożenie pożarowe. Narażenie na wiązkę światła, jej odbicia lustrzane lub rozproszone może spowodować obrażenia oczu i skóry. Należy podjąć wszelkie środki bezpieczeństwa. Przykład: lasery Nd:YAG, wyświetlacze, chirurgia, cięcie metalu.

Promieniowanie laserowe: ochrona

Każde laboratorium musi zapewnić odpowiednią ochronę osobom pracującym z laserami. Okna pomieszczeń, przez które może przedostawać się promieniowanie z urządzenia klasy 2, 3 lub 4, powodując szkody w obszarach niekontrolowanych, muszą być zakryte lub w inny sposób zabezpieczone podczas działania takiego urządzenia. Aby zapewnić maksymalną ochronę oczu, zaleca się poniższe zalecenia.

  • Wiązkę należy zamknąć w nieodblaskowej, niepalnej obudowie ochronnej, aby zminimalizować ryzyko przypadkowego narażenia lub pożaru. Aby wyrównać wiązkę, użyj ekranów fluorescencyjnych lub celowników wtórnych; Unikać bezpośredniego kontaktu z oczami.
  • Do procedury wyrównywania wiązki użyj najniższej mocy. Jeśli to możliwe, do wstępnych procedur osiowania należy stosować urządzenia niskiej klasy. Unikaj obecności niepotrzebnych obiektów odblaskowych w obszarze działania lasera.
  • Ogranicz przejście wiązki światła do strefy zagrożenia poza godzinami pracy za pomocą żaluzji i innych barier. Nie używaj ścian pomieszczenia do ustawiania wiązki laserów klasy 3b i 4.
  • Używaj narzędzi nieodblaskowych. Niektóre urządzenia, które nie odbijają światła widzialnego, zostają odzwierciedlone w niewidzialnym obszarze widma.
  • Nie noś odblaskowej biżuterii. Biżuteria metalowa zwiększa również ryzyko porażenia prądem.

Okulary ochronne

Podczas pracy z laserami klasy 4 w otwartym obszarze niebezpiecznym lub gdy istnieje ryzyko odbicia, należy nosić okulary ochronne. Ich rodzaj zależy od rodzaju promieniowania. Okulary należy dobierać tak, aby chroniły przed odbiciami, szczególnie odbiciami rozproszonymi, oraz zapewniały ochronę na poziomie, przy którym naturalny odruch ochronny może zapobiec uszkodzeniu oczu. Takie urządzenia optyczne utrzymają pewną widoczność wiązki, zapobiegną poparzeniom skóry i zmniejszą ryzyko innych wypadków.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze okularów ochronnych:

  • długość fali lub obszar widma promieniowania;
  • gęstość optyczna przy określonej długości fali;
  • maksymalne oświetlenie (W/cm2) lub moc wiązki (W);
  • rodzaj systemu laserowego;
  • tryb mocy - impulsowe promieniowanie laserowe lub tryb ciągły;
  • możliwości odbicia - lustrzane i rozproszone;
  • linia wzroku;
  • obecność soczewek korekcyjnych lub odpowiedni rozmiar umożliwiający noszenie okularów do korekcji wzroku;
  • komfort;
  • obecność otworów wentylacyjnych zapobiegających zaparowaniu;
  • wpływ na widzenie kolorów;
  • odporność na uderzenia;
  • zdolność do wykonywania niezbędnych zadań.

Ponieważ okulary ochronne są podatne na uszkodzenia i zużycie, program bezpieczeństwa laboratorium powinien uwzględniać okresową kontrolę tych zabezpieczeń.

W wąskiej wiązce zwykle stosuje się dwuwypukłą soczewkę kolimatorową. Jednak przy wysokiej jakości ogniskowaniu wiązki (które można wykonać samodzielnie, dokręcając nakrętkę mocującą soczewkę), wskaźnik może służyć do przeprowadzania eksperymentów z wiązką lasera (na przykład do badania interferencji). Moc najpopularniejszych wskaźników laserowych wynosi 0,1-50 mW, w sprzedaży dostępne są również mocniejsze do 2000 mW. W większości z nich dioda laserowa nie jest zamknięta, dlatego należy je demontować ze szczególną ostrożnością. Z biegiem czasu otwarta dioda laserowa „wypala się”, powodując spadek jej mocy. Z biegiem czasu taka wskazówka praktycznie przestanie świecić, niezależnie od poziomu naładowania baterii. Zielone wskaźniki laserowe mają złożoną strukturę i bardziej przypominają w konstrukcji prawdziwe lasery.

Wskaźnik laserowy

Rodzaje wskaźników laserowych

Wczesne modele wskaźników laserowych wykorzystywały lasery gazowe helowo-neonowe (HeNe) i emitowały promieniowanie w zakresie 633 nm. Miały moc nie większą niż 1 mW i były bardzo drogie. Obecnie wskaźniki laserowe wykorzystują zazwyczaj tańsze czerwone diody o długości fali 650-670 nm. Nieco droższe wskaźniki wykorzystują diody pomarańczowo-czerwone o λ=635 nm, dzięki czemu są jaśniejsze dla oka, gdyż ludzkie oko widzi światło o λ=635 nm lepiej niż światło o λ=670 nm. Produkowane są również wskaźniki laserowe w innych kolorach; na przykład zielony wskaźnik o λ=532 nm jest dobrą alternatywą dla czerwonego o λ=635 nm, ponieważ ludzkie oko jest około 6 razy bardziej wrażliwe na światło zielone w porównaniu do czerwonego. Ostatnio coraz większą popularnością cieszą się żółto-pomarańczowe wskaźniki o λ=593,5 nm i niebieskie wskaźniki laserowe o λ=473 nm.

Czerwone wskaźniki laserowe

Najpopularniejszy typ wskaźnika laserowego. Wskaźniki te wykorzystują diody laserowe z kolimatorem. Moc waha się od około jednego miliwata do wata. Wskaźniki o niskim poborze mocy w kształcie breloczka do kluczy są zasilane małymi bateriami „tabletu” i obecnie (kwiecień 2012 r.) kosztują około 1 dolara. Mocne czerwone wskazówki należą do najtańszych pod względem stosunku ceny do mocy. Zatem ogniskowany wskaźnik laserowy o mocy 200 mW, zdolny do zapalania materiałów dobrze pochłaniających promieniowanie (zapałki, taśma izolacyjna, ciemny plastik itp.), kosztuje około 20-30 dolarów. Długość fali wynosi około 650 nm.

Rzadsze czerwone wskaźniki laserowe wykorzystują laser półprzewodnikowy pompowany diodą (DPSS) i działają na długości fali 671 nm.

Zielone wskaźniki laserowe

Zielony wskaźnik laserowy typu DPSS, długość fali 532nm.

Wiązka wskaźnika laserowego o mocy 100 mW skierowana na nocne niebo.

Zielone wskaźniki laserowe zaczęto sprzedawać w 2000 roku. Najpopularniejszy typ lasera na ciele stałym pompowanym diodowo (DPSS). Zielone diody laserowe nie są produkowane, dlatego stosuje się inny obwód. Urządzenie jest znacznie bardziej skomplikowane niż konwencjonalne czerwone wskaźniki, a zielone światło uzyskuje się w dość uciążliwy sposób.

Najpierw kryształ ortowanadanu itru domieszkowany neodymem (Nd:YVO 4) jest pompowany przez mocną (zwykle > 100 mW) diodę laserową na podczerwień o λ=808 nm, gdzie promieniowanie jest przekształcane na 1064 nm. Następnie przechodząc przez kryształ tytanylofosforanu potasu (KTiOPO 4, w skrócie KTP), częstotliwość promieniowania podwaja się (1064 nm → 532 nm) i uzyskuje się widzialne światło zielone. Sprawność obwodu wynosi około 20%, z czego większość pochodzi z kombinacji podczerwieni 808 i 1064 nm. W przypadku wskaźników o mocy >50 mW należy zainstalować filtr podczerwieni (filtr podczerwieni), aby usunąć resztkowe promieniowanie podczerwone i uniknąć uszkodzenia wzroku. Warto również zwrócić uwagę na duże zużycie energii zielonych laserów – większość wykorzystuje dwie baterie AA/AAA/CR123.

473 nm (kolor turkusowy)

Te wskaźniki laserowe pojawiły się w 2006 roku i mają podobną zasadę działania do zielonych wskaźników laserowych. Światło o długości fali 473 nm jest zwykle wytwarzane przez podwojenie częstotliwości światła lasera 946 nm. Aby uzyskać 946 nm, stosuje się kryształ granatu itrowo-glinowego z dodatkami neodymowymi (Nd:YAG).

445 nm (niebieski)

W tych wskaźnikach laserowych światło emitowane jest przez potężną niebieską diodę laserową. Większość tych wskaźników należy do 4. klasy zagrożenia laserem i stwarza bardzo poważne zagrożenie dla oczu i skóry. Zaczęły się aktywnie rozprzestrzeniać w związku z wypuszczeniem przez Casio projektorów, które zamiast konwencjonalnych lamp wykorzystują mocne diody laserowe.

Fioletowe wskaźniki laserowe

Światło w fioletowych wskaźnikach generowane jest przez diodę laserową emitującą wiązkę o długości fali 405 nm. Długość fali 405 nm znajduje się na granicy zakresu postrzeganego przez ludzki wzrok, dlatego promieniowanie laserowe takich wskaźników wydaje się słabe. Jednakże światło wskaźnika powoduje, że niektóre obiekty, na które jest on skierowany, zaczynają fluoryzować, czyli jaśniej dla oka niż jasność samego lasera.

Fioletowe wskaźniki laserowe pojawiły się zaraz po pojawieniu się napędów Blu-ray, w związku z rozpoczęciem masowej produkcji diod laserowych 405 nm.

Żółte wskaźniki laserowe

Żółte wskaźniki laserowe wykorzystują laser DPSS, który emituje jednocześnie dwie linie: 1064 nm i 1342 nm. Promieniowanie to wchodzi do nieliniowego kryształu, który pochłania fotony tych dwóch linii i emituje fotony o długości fali 593,5 nm (całkowita energia fotonów 1064 i 1342 nm jest równa energii fotonu 593,5 nm). Wydajność takich żółtych laserów wynosi około 1%.

Używanie wskaźników laserowych

Bezpieczeństwo

Promieniowanie laserowe jest niebezpieczne w przypadku kontaktu z oczami.

Konwencjonalne wskaźniki laserowe mają moc 1-5 mW i należą do klasy zagrożenia 2 - 3A i mogą stanowić zagrożenie, jeśli wiązka światła skierowana jest w oko ludzkie przez wystarczająco długi czas lub przez urządzenia optyczne. Wskaźniki laserowe o mocy 50-300 mW należą do klasy 3B i są w stanie spowodować poważne uszkodzenie siatkówki oka już przy krótkotrwałym działaniu bezpośredniej wiązki lasera, zarówno lustrzanej, jak i rozproszonej.

W najlepszym przypadku wskaźniki laserowe są tylko irytujące. Konsekwencje będą jednak niebezpieczne, jeśli wiązka światła trafi czyjeś oko lub zostanie wycelowana w kierowcę lub pilota i może odwrócić jego uwagę, a nawet oślepić. Jeśli doprowadzi to do wypadku, pociągnie to za sobą odpowiedzialność karną.

Coraz liczniejsze „incydenty laserowe” powodują żądania w Rosji, Kanadzie, USA i Wielkiej Brytanii ograniczenia lub zakazania wskaźników laserowych. Już w Nowej Południowej Walii za posiadanie wskaźnika laserowego grozi kara grzywny, a za „atak laserowy” – kara więzienia do 14 lat.

Należy również wziąć pod uwagę, że większość tanich chińskich laserów działających na zasadzie pompy (czyli zielony, żółty i pomarańczowy) nie posiada filtra IR ze względów ekonomicznych, a lasery takie faktycznie stwarzają większe zagrożenie dla oczu niż deklarują producenci.

Notatki

Spinki do mankietów

  • Witryna poświęcona bezpieczeństwu wskaźnika laserowego Zawiera dane dotyczące bezpieczeństwa

Czas trwania promieniowania laserowego

Czas trwania zależy od konstrukcji lasera. Można wyróżnić następujące typowe sposoby rozkładu promieniowania w czasie:

Tryb ciągły;

Tryb impulsowy, czas trwania impulsu zależy od czasu trwania błysku lampy pompy, typowy czas trwania Dfl ~ 10-3 s;

Tryb przełączania Q rezonatora (czas trwania impulsu promieniowania zależy od nadmiaru pompowania powyżej progu lasera oraz szybkości i szybkości włączania współczynnika Q, typowy czas trwania mieści się w przedziale 10-9 - 10-8 s, jest to tzw. nanosekundowy zakres czasu trwania promieniowania);

Tryb synchronizacji i tryby podłużne w rezonatorze (czas trwania impulsu promieniowania Dfl ~ 10-11 s - pikosekundowy zakres czasu trwania promieniowania);

Różne tryby wymuszonego skracania impulsów promieniowania (Dfl ~ 10-12 s).

Gęstość mocy promieniowania

Promieniowanie laserowe może być skoncentrowane w wąskiej wiązce o dużej gęstości mocy.

Gęstość mocy promieniowania Ps jest określona stosunkiem mocy promieniowania przechodzącej przez przekrój wiązki laserowej do pola przekroju poprzecznego i ma wymiar W cm-2.

Odpowiednio, gęstość energii promieniowania Ws jest określona przez stosunek energii przechodzącej przez przekrój wiązki laserowej do pola przekroju poprzecznego i ma wymiar J cm-2

Gęstość mocy w wiązce laserowej osiąga duże wartości dzięki dodaniu energii ogromnej liczby spójnych promieni pojedynczych atomów docierających do wybranego punktu przestrzeni w tej samej fazie.

Za pomocą układu soczewek optycznych spójne promieniowanie laserowe można skupić na małym obszarze porównywalnym z długością fali na powierzchni obiektu.

Gęstość mocy promieniowania laserowego w tym miejscu osiąga ogromne wartości. W środku miejsca gęstość mocy wynosi:

gdzie P jest mocą wyjściową promieniowania laserowego;

D jest średnicą soczewki układu optycznego;

l - długość fali;

f jest ogniskową układu optycznego.

Promieniowanie laserowe o ogromnej gęstości mocy, oddziałując na różne materiały, niszczy je, a nawet odparowuje w obszarze padającego promieniowania skupionego. Jednocześnie w obszarze padania promieniowania laserowego na powierzchnię materiału powstaje na nim lekkie ciśnienie setek tysięcy megapaskali.

W rezultacie zauważamy, że skupiając promieniowanie laserowe w plamce, której średnica jest w przybliżeniu równa długości fali promieniowania, możliwe jest uzyskanie ciśnienia świetlnego wynoszącego 106 MPa, a także ogromnych gęstości mocy promieniowania sięgających wartości 1014- 1016 W.cm-2, natomiast temperatury dochodzą do kilku milionów kelwinów.

Schemat blokowy optycznego rezonatora kwantowego

Laser składa się z trzech głównych części: ośrodka aktywnego, urządzenia pompującego i wnęki optycznej. Czasami dodaje się również urządzenie do stabilizacji termicznej.

Rysunek 3 – Schemat blokowy lasera

1) Medium aktywne.

Do absorpcji rezonansowej i wzmocnienia w wyniku emisji wymuszonej konieczne jest, aby fala przechodziła przez materiał, którego atomy lub układy atomów są „dostrojone” do pożądanej częstotliwości. Inaczej mówiąc, różnica poziomów energii E2 – E1 dla atomów materiału musi być równa częstotliwości fali elektromagnetycznej pomnożonej przez stałą Plancka: E2 – E1 = hn. Ponadto, aby emisja wymuszona zwyciężyła nad absorpcją, na wyższym poziomie energetycznym musi znajdować się więcej atomów niż na dolnym. To zwykle się nie zdarza. Co więcej, każdy układ atomów pozostawiony sam sobie na odpowiednio długi czas osiąga równowagę z otoczeniem w niskiej temperaturze, tj. osiąga stan najniższej energii. W podwyższonych temperaturach niektóre atomy układu są wzbudzane przez ruch termiczny. W nieskończenie wysokiej temperaturze wszystkie stany kwantowe byłyby jednakowo wypełnione. Ponieważ jednak temperatura jest zawsze skończona, przeważająca część atomów znajduje się w najniższym stanie, a im wyższe stany, tym mniej są wypełnione. Jeżeli w temperaturze bezwzględnej T znajduje się n0 atomów w stanie najniższym, to liczbę atomów w stanie wzbudzonym, których energia przekracza energię stanu najniższego o wielkość E, podaje rozkład Boltzmanna: n=n0e -E/kT, gdzie k jest stałą Boltzmanna. Ponieważ w niższych stanach równowagi zawsze znajduje się więcej atomów niż w wyższych, w takich warunkach zawsze dominuje absorpcja, a nie wzmocnienie w wyniku emisji wymuszonej. Nadmiar atomów w pewnym stanie wzbudzonym można wytworzyć i utrzymać jedynie poprzez sztuczne wprowadzenie ich do tego stanu i to szybciej, niż powrócą do równowagi termicznej. Układ, w którym występuje nadmiar wzbudzonych atomów, dąży do równowagi termicznej i należy go utrzymywać w stanie nierównowagowym tworząc w nim takie atomy.

2) Rezonator.

Rezonator optyczny to układ specjalnie dobranych dwóch zwierciadeł, dobranych w taki sposób, że słaba emisja wymuszona powstająca w rezonatorze w wyniku spontanicznych przejść jest wielokrotnie wzmacniana, przechodząc przez ośrodek aktywny umieszczony pomiędzy zwierciadłami. Na skutek wielokrotnych odbić promieniowania pomiędzy zwierciadłami następuje wydłużenie ośrodka aktywnego w kierunku osi rezonatora, co warunkuje dużą kierunkowość promieniowania laserowego. Bardziej złożone lasery wykorzystują cztery lub więcej luster do utworzenia wnęki. Jakość produkcji i montażu tych luster ma kluczowe znaczenie dla jakości powstałego systemu laserowego. W systemie laserowym można także zamontować dodatkowe urządzenia umożliwiające uzyskanie różnorodnych efektów, takie jak obrotowe zwierciadła, modulatory, filtry i absorbery. Ich zastosowanie pozwala na zmianę parametrów promieniowania lasera, np. długości fali, czasu trwania impulsu itp.

Rezonator jest głównym czynnikiem determinującym długość fali roboczej, a także inne właściwości lasera. Istnieją setki, a nawet tysiące różnych płynów roboczych, na których można zbudować laser. Płyn roboczy jest „pompowany” w celu uzyskania efektu inwersji populacji elektronów, co powoduje wymuszoną emisję fotonów i efekt wzmocnienia optycznego. W laserach stosowane są następujące płyny robocze.

Ciecz, np. w laserach barwnikowych, składa się z rozpuszczalnika organicznego, takiego jak metanol, etanol lub glikol etylenowy, w którym rozpuszczone są barwniki chemiczne, takie jak kumaryna czy rodamina. Konfiguracja cząsteczek barwnika określa roboczą długość fali.

Gazy, takie jak dwutlenek węgla, argon, krypton lub mieszaniny, takie jak w laserach helowo-neonowych. Lasery takie pompowane są najczęściej za pomocą wyładowań elektrycznych.

Ciała stałe, takie jak kryształy i szkło. Materiał stały zwykle domieszkuje się (aktywuje) poprzez dodanie niewielkich ilości jonów chromu, neodymu, erbu lub tytanu. Typowymi używanymi kryształami są granat aluminiowy (YAG), fluorek itru i litu (YLF), szafir (tlenek glinu) i szkło krzemianowe. Najpopularniejsze opcje to Nd:YAG, szafir tytanowy, szafir chromowy (znany również jako rubin), domieszkowany chromem fluorek strontu, litu i glinu (Cr:LiSAF), Er:YLF i Nd:szkło (szkło neodymowe). Lasery na ciele stałym są zwykle pompowane za pomocą lampy błyskowej lub innego lasera.

Półprzewodniki. Materiał, w którym przejściu elektronów pomiędzy poziomami energetycznymi może towarzyszyć promieniowanie. Lasery półprzewodnikowe są bardzo kompaktowe i pompowane prądem elektrycznym, dzięki czemu można je stosować w urządzeniach konsumenckich, takich jak odtwarzacze CD.

3) Urządzenie pompujące.

Źródło pompy dostarcza energię do systemu. Może to być iskiernik elektryczny, lampa błyskowa, lampa łukowa, inny laser, reakcja chemiczna, a nawet materiał wybuchowy. Rodzaj zastosowanego urządzenia pompującego zależy bezpośrednio od użytego płynu roboczego, a także determinuje sposób dostarczania energii do układu. Na przykład lasery helowo-neonowe wykorzystują wyładowania elektryczne w mieszaninie gazów helowo-neonowych, a lasery na bazie granatu itrowo-aluminiowego domieszkowanego neodymem (lasery Nd:YAG) wykorzystują skupione światło z ksenonowej lampy błyskowej, a lasery ekscymerowe wykorzystują energię reakcje chemiczne.