Prezentare generala-formarea undei laser ;principiu de functionare;
-conditia de prag-conditia laser ;
-emitator laser ;
-factorul de calitate Q ;
Proprietatile radiatiei laser
-coerenta spatiala ;
-coerenta temporala ;
-intensitatea undei laser ;
-pulsuri ultrascurte;
Tipuri de laseri: -cu mediu activ solid dielectric ;
-cu gaz ;
-cu mediu activ lichid ;
-cu semiconductori;
-chimici;
"Light amplification by stimulated emission of radiation"-"amplificarea luminii prin emisia stimulata a radiatiei"este o instalatie pentru genrarea si amplificarea radiatiei electromagnetice din domeniul vizibil, bazata pe fenomenul de emisie stimulata a radiatiei.Produce un fascicol monocromatic paralel, coerent si foarte intens.
Daca emisia stimulata este provocata de o radiatie exterioara, aceasta va fi puternic amplificata, laserul functionand ca amplificatory cuantic de radiatie; daca emisia stimulata este declansata de primii fotoni emisi spontan in interiorul cavitatii, laserul functioneaza ca generator cuantic de radiatie.
Un dispozitiv laser este construit din doua sisteme fizice in interactie: campul electromagnetic dintr-o cavitate rezonanta, respectiv dintr-un resonator optic si un mediu activ( situat in aceeasi cavitate, respectiv in acelasi resonator optic ).Atomii, moleculele sau ionii poseda doua nivele anargetice, a caror diferenta de energie corespunde unei frecvente care este in rezonanta cu una dintre frecventele proprii ale cavitatii rezonante, respective ale rezonatorului optic.
Daca atomii sunt excitati pe nivelul energetic superior printr-un mecanism oarecare, modul electromagnetic din cavitate ii stimuleaza, atomii transferand energia din cavitate campului electromagnetic din cavitate.Energia tuturor atomilor este convertita in energia unui singur mod pe frecventa caruia este acordata cavitatea. Puterea castigata de o unda electromagnetica la traversarea unui mediu activ este proportionala cu densitatea de energie spectrala, uw a undei incidente.
"Conditia de prag", care determina existenta efectului laser, stabilita pentru prima oara de catre A.L.Schawlow si C.H.Townes, este :
Nm-Nn><Picture>
*(Nm-Nm) este diferenta dintre populatia Nm a nivelului superior m si populatia celui inferior n.
*v este frecventa tranzitiei ;
*Dv este largimea radiatiei emise ;
*t este timpul mediu de viata a nivelului laser superior m ;
*A este factorul de reflexie ;
*l este lungimea mediului ;
*c este constanta luminii, 2,99793×108 m/s.
Q=vtc ,unde tc este constanta de timp cu care se descreste energia inmagazinata in cavitate cand se suprima unda incidenta. Descresterea energiei inmagazinate este produsa de doua cauze :cavitatea nu este complet inchisa si este extrasa in exterior putere, sau exista pierderi pe peretii cavitatii.
Proprietatile radiatiei laser
a)COERENTA SPATIALA.Considerand doua raze provenite din doua puncte diferite ale unei surse luminoase, daca acestea pot interfera(prin suprapunerea lor obtinandu-se franje de interferenta), cele doua radiatii sunt coerente.Cele doua puncte de pe suprafata sursei se pot afla la o distanta mai mica sau mai mare, aceasta caracterizand proprietatea de coerenta spatiala.
Laserul are aceasta proprietate.
b)COERENTA TEMPORALA.Daca radiatia emisa la un moment dat de un anumit punct al sursei poate interfera cu radiatia emisa la un moment ulterior de acelasi punct al sursei, cele doua radiatii sunt coerente in timp.Unda laser
prezinta aceasta proprietete.
c)INTENSITATEA LUMINOASA foarte mare care se poate obtine cu ajutorul laserului este o consecinta a proprietatii de coerenta spatiala.Toata energia emisa de un tub cu descarcare de mare lungime, care in mod normal, ar fi dispersata in toate directiile din spatiu, este concentrata intr-un fascicol de mica sectiune si unghi solid foarte mic.
d)PULSURI ULTRASCURTE.Lumina laser permite sa se obtina pulsuri cu durate de ordinul a 10-12-10-13s. Aceasta este o consecinta a coerentei radiatiei laser. Functionarea laserului pentru a obtine aceste pulsuri ultrascurte este o functionare in regim de sincronizare a modurilor.
a)Laseri cu mediu activ solid dielectric.
Mediul activ il reprezinta ionii, dispersati in concentratie mica intr-o retea cristalina pura, fie in sticla sau plastic.Exemple:laser cu rubin care are l=6943 A0;laser cu sticla dopata cu neodim l=1,06 mm;laser cu granati dopati cu neodim l=1,06 mm.
b)Laseri cu gaz.
Laseri cu gaz atomic si ionic care functioneaza in regim continuu sau regim de impulsuri, folosesctranzitiile atomilor neutri si au l=6328 A0.
Laseri cu gaz ionici pot fi laseri cu argon ionizat l=4880 A0,laser cu He-Cd l=4416 A0.
Laseri moleculari l=10,59mm, au puterea de iesire de 100-200 kW in current continuu timp de 12 s; 60kW in timp de 12 minute;au randament de 10-35% in practica.
c)Laseri cu mediu activ lichid.
Frecvanta lor de lucru poate sa varieze in domeniide 600-1000 A0, functionarea in regim de impulsuri este de sute de kW,durata unui impuls fiind de 10-8 s.
d)Laseri cu conductori.
Cel mai des intalnit este cel cu cristal de arseniura de galiu (Ga-As) care are l=(4800-9040)A0.
e)Laseri chimici.
La acestia efectul laser se obtine direct din reactia gazelor care intra in amestec.Energia care serveste pentru a produce radiatia laser este furnizata de o reactie chimica.
Laserul este folosit in diverse domenii, cum ar fi: tehnica, medicina: dermatologie,in tratarea unor afectiuni grave ale pielii, in lupta impotriva cancerului etc., in biologie, in tot ceea ce implica cercetare.Oftalmologia a fost unul din principalele campuri ale medicinei,si dupa mai mult de 25 ani, acesta poate fi folosit de la diagnostic la tratament. Se creaza o mica gaura in iris, care va elibera presiunea intraoculara, lucru care nu dauneaza nici corneeisi nici altor parti ale ochiului.Exista mai multe modalitati de a realiza aceasta gaura,in schimb cu laserul ea se inchide mult mai repede. Oftalmologii pot alege diferite lasere pentru a trata diferitele variatati de probleme ale retinei,chiar si in cazul diabeticilor.Lumina verde laser este folosita pentru a indepartavasele de sange anormale de la suprafate retinei, cele de pe membrana coroidala sunt indepartate cu lumina galbena si rosie datorita abilitatii acestora de a patrunde in tesut.
Folosirea laserului in dermatologie are ca exemplu indepartarea diferitelor afectiuni ale pielii,de exemplu in tratarea cancerului ; indepartarea permanenta a firelor de par etc.
Laserul este una dintre cele mei utilizate tehnologii actuale.
