1 Qattiq holatdagi optik kvant generatorlari

1.3 Chipdagi lazerning dizayni va ishlash printsipi
ionlari bilan faollashtirilgan itriy alyuminiy granat kristaliga asoslangan qattiq holatdagi lazerning asosiy elementlari, quyidagilardir: faol muhit joylashtirilgan rezonator, nasos manbai optik nasos tizimi, quvvat manbai va tetik davri.
Qattiq holatdagi lazerlar uchun nasos manbalari lampalardir lazer nurlari manbalari. Nasos manbai tomonidan chiqariladigan yorug'lik energiyasi faol muhitga qaratilgan va u tomonidan qisman so'riladi. nopok ionlar Faol muhitning qo'zg'aluvchan holatlarga o'tadi va a populyatsiya inversiyasi. Nurni kuchaytirish uchun shartlar paydo bo'ladi radiatsiya. Optik daromad oshib ketganda
ikkinchisida rezonatorning umumiy yo'qotishlari hayajonlanadi elektromagnit tebranishlar. Rezonatorning shaffof oynasi orqali elektromagnit maydonning energiyasi tanlanadi va chiqishda optik chiqaradigan bosh monoxromatik yo'nalish hosil qiladi yorug'lik nuri.
Lazerning faol elementi itriyum alyuminiy granatining kristalli (kimyoviy formulasi ,) kristalli shaklda. itriy ionlarining bir qismi nopok ionlari bilan almashtirilgan panjara neodimiy ionnining elektron konfiguratsiyasi , Shunung uchun kristalining optik xossalari elektron tomonidan aniqlanadi ionining elektron 4f qobig'ining holatlari orasidagi o'tishlar.
Kvant mexanikasida atomdagi elektronning holati to'rtta bilan tavsiflanadi kvant raqamlari: asosiy kvant soni n (energiyani tavsiflaydi ma'lum energiya darajasini egallagan elektronlar), orbital kvant soni l (miqdorning burchak momentining kvadratini aniqlaydi harakat l= va l=0,1...n-1) qiymatlarni oladi), orbital
magnit kvant soni (burchak momentining proyeksiyasini aniqlaydi ba'zi bir ajratilgan yo'nalish va qiymatlarni oladi =-1,-(l-1)…l) va spin kvant soni (spin vektor s ning proyeksiyasini belgilaydi ba'zi bir ajralib turadigan yo'nalish va =±½ qiymatlarini oladi. Qachon ko'p elektronli atomlar atomning elektron qobig'ining har bir (i-th) elektroni orbital va spin vektorlari bilan tavsiflanishi mumkin edi
momentum momenti. Biroq, undan foydalanish ancha qulayroq ko'ra bu momentlarni birlashtirgan (bog'laydigan) kamroq batafsil tavsif impulsning umumiy momentlarida vektor qo'shish qoidasi.
Bu va momentlarining qo‘shilish tartibi nisbiyga bog‘liq atom elektronlari orasidagi turli o'zaro ta'sirlarning kattaligi. Ko'pchilik Rassell-Saunders munosabatlari keng tarqalgan (normal), bu elektrostatik bo'lganda amalga oshiriladi ga nisbatan elektronlarning o'zaro ta'siri (Kulon repulsiyasi) kata spin-orbitaning o'zaro ta'siri. Bunday birikma bilan orbital va spin optik elektronlarning momentlari (ichki impuls momentlari to'liq to'ldirilgan qobiqlar to'liq kompensatsiyalangan va ularning to'liqligi momentlar nolga teng) vektor qoidalariga ko'ra alohida qo'shiladi atomning umumiy orbital L va spin S momentlariga qo‘shilishi: L= va S= va J atomining umumiy burchak momenti ularning vektor yig'indisi: I=L=S . J, L va S vektorlari J kvant raqamlariga mos keladi, L va S, ular qabul qilishi mumkin bo'lgan eng katta qiymatlarni anglatadi
J, L va S vektorlarining tanlangan yo'nalishdagi proyeksiyalari. Muvofiq shuning uchun proyeksiyalar qiymatlarni qabul qilishi mumkin (ħ birliklarida):
va Berilgan L va S uchun J kvant soni quyidagi qiymatlarni qabul qilishi mumkin:
I=|L=S|,|L=S-1|…|L-S|.
ionining uchta optik 4f elektronining har biri bilan xarakterlanadi bosh kvant soni n=4, orbital kvant soni l=3 va spin kvant soni =±½ va orbital magnit kvant soni =-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 qiymatlarini olishi mumkin. Pauli printsipiga ko'ra. Ion bir xil to'plamga ega ikki yoki undan ortiq elektronga ega bo'lishi mumkin emas to'rtta kvant soni. Muayyan orbitallarni to'ldirish tartibi pastki qatlam (bu holda n=4 bilan) Xund qoidasiga ko'ra boshqariladi bunga, birinchidan, spin kvant sonining umumiy qiymati Ushbu pastki qatlamning elektronlari maksimal bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, ichida pastki qatlam orbitallarining har biri birinchi navbatda bitta elektron bilan to'ldiriladi va faqat to'ldirilmagan orbitallar tugagandan so'ng, bu orbital qo'shiladi ikkinchi elektron. Va ikkinchidan, agar spin kvant raqamlari mos kelsa umumiy orbital moment L maksimal bo'lishi kerak. Shunday qilib Shunday qilib, ionining uchta optik elektroni f-qobig'ini to'ldiradi bir xil spin kvant sonlari ½, shuning uchun umumiy spin son S=3/2 qiymatini oladi. Bosh kvant sonidan beri va orbital impuls bu elektronlar uchun ham bir xil, ularning orbital magnit kvant raqamlari har xil bo'lishi kerak va umumiy orbital moment maksimal mumkin bo'lgan qiymatni olishi kerak. Bular =3, =2, =1 bo'lsa shart bajariladi. Shu bilan birga, jami orbital impuls L=6, umumiy burchak momenti J oladi
qiymatlari 9/2, 11/2, 13/2, 15/2.
Kristal maydonning 4f qobig'ining elektronlariga ta'siri ekranlanadi neodimiy ionining 5s va ​​5p qobiqlari bilan to'ldirilgan. Natijada, bo'linadi kristall darajalarining elektr maydoni (Stark bo'linishi) guruhlangan erkin ion darajalarining pozitsiyasiga yaqin energiya qiymatlari haqida . ionining elektron konfiguratsiyasi ( ) to'plamga mos keladi dublet va kvartet atamalari. Belgilovchi belgi ekanligini eslang har bir bunday atama shaklga ega . L ning ruxsat etilgan qiymatlari, ya'ni L = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6... odatda mos ravishda bosh harflar bilan belgilanadi: S, P, D, F, G, H, I... . Shunday qilib, yuqoridagi fikrlarga asoslanib, asosiy ioni uchun 4-kvartet atamasi va asosiy holat (eng kam energiya bilan) -holat . Shaklda. ionning energiya darajalarining soddalashtirilgan diagrammasi ko'rsatilgan neodimiy , ular orasida uchta 4f elektron o'tishni amalga oshiradi ionning ichki qobig'i. Neodimiy ionining yutilish spektri quyidagilardan iborat ko'p sonli nisbatan tor bantlar, ularning eng qizg'inlari 240, 350, 520, 580, 740, 800 va 900 nm toʻlqin uzunliklariga toʻgʻri keladi. Bu o'tishlar daraja Nasos energiyasini yutib bo'lgach, neodimiy ion
ancha qisqa vaqt < s 4-holatga o'tadi metastabil bo'lib, uning ishlash muddati Nd: YAG kristalli taxminan 200 mks. Gap shundaki, bittasi bilan tomonlar, asosiy darajalarga radiatsiyaviy o'tishlar ( ) elektr dipol yaqinlashuvida taqiqlangan, ya'ni ehtimollik radiatsion relaksatsiya kichikdir. Boshqa tomondan, va eng yaqin pastki daraja muhim energiya bilan ajratilgan bo'shliq (deyarli 6000 ), bu radiatsiyaviy bo'lmagan pastga o'tishlarni ham anglatadi intensiv bo'lmagan. turli xil mumkin bo'lgan o'tishlardan yoqilgan pastki darajalar ( ) eng qizg'in o'tish (to'lqin uzunligi = 1,06 mkm).
radiatsiyaviy bo'lmagan yuqori ehtimollik tufayli asosiy holatga o'tish kichik va bir necha nanosoniyalarni tashkil qiladi.
Bunda energiyalar orasidagi farq va taxminan 2000 , bu kT qiymatidan kattaroq tartibdir (xona haroratida 300K qiymati kT 208 ), shuning uchun taqsimotga ko'ra Boltsmann darajalini yaxshi yaqinlashtirishda amaliy jihatdan ko'rib chiqish mumkin yashamaydigan. Aytilganlardan ko'rinib turibdiki, neodimiy lazerning ishlashi bo'lishi mumkin to'rt darajali sxema yordamida tasvirlangan. nasos 1-4 kanalda amalga oshiriladi (asosiy holatdan o'tish yoqilgan hayajonlangan darajalar) va avlod - 3-2 kanalda (o'tish - ).
Lazer sathining muhim xarakteristikalari ularning kengligi va kengayishning tabiati. Agar izolyatsiya qilingan atom holatini olsak, u holda kenglik darajalari uning ushbu darajalarda ishlash muddati bilan belgilanadi (tabiiy kengligi). Haqiqiy lazer muhitida ionlar ta'sir qiladi kristall matritsa, daraja kengayishiga olib keladi. Ha, shisha ichida mahalliy elektrostatik maydonlarning yuqori notekisligi tufayli eng yaqin muhitda 1,06 mkm lyuminesans chizig'i bir hil darajada kengaytirilgan.
( = 30 nm), itriy-alyuminiy granat kristallarida esa bir hil bo'lmagan kengayish ancha kichikroq ( = 0,7 nm).
Soddalashtirilgan lazer modeli bitta rejimli statsionarga mos keladi lazer yaratish rejimi, bunda a tebranishlarning yagona turi va nasosning ishlash muddati ancha uzoqroq rezonator ichidagi jarayonlarning xarakterli vaqtlari. Bunday holda, qachon rezonatorda tebranishlarning o'rnatilishi, intensivlikning vaqtincha taqsimlanishi lazer hosil qilish - bu pasayish ketma-ketligi impuls amplitudasi va chegarada statsionar darajaga intiladi [2]. Bu kuzatilgan, masalan, gaz lazerlarida, ular uchun daromad liniyalari nihoyatda tor.
Biroq, qattiq holatdagi lazerlarning multimodda ishlash ehtimoli ancha yuqori rejim, chunki qattiq jismlarda energiya darajasi sezilarli darajada kengayadi, va turli xil tebranishlarning bir nechta turlari chastotalar (uzunlamasına rejimlar). Bunday holda, bir nechta bir-biridan mustaqil, chastotasi bo'yicha farq qiluvchi tebranish turlari radiatsiya va tarqalish yo'nalishi. Bunday holda, omillar soni lazer avlodining rivojlanish dinamikasini aniqlash juda katta va bu rejimda lazer nurlanishi ketma-ketlikdir impulslarning amplitudasi va vaqtinchalik holatida tartibsiz - "boshoq". V
Bu ishda Y3Al5O12:Nd3+ kristallaridagi tikanlar davomiyligi odatda mikrosekundning o'ndan bir necha qismi va orasidagi vaqt oralig'I ular mikrosekundlar birliklari.
Yuqorida aytib o'tilganidek, pulsatsiyalarning tasodifiyligi mavjudligi bilan bog'liq
rezonatordagi ko'p turdagi tebranishlar, fazoviy bir xillik nasos va uning pulsatsiyalari, bir hil va chiziqli bo'lmaganlar mavjudligi kristallardagi aralashmalarni singdirish, rezonatorda dala bir hilligi va boshqa omillar. Garchi avlod jarayonining tafsilotlari takrorlanmasa ham, jarayonning umumiy xarakteri, o'rtacha va integral xarakteristikalari fleshdan miltillashgacha davom etadi va bilan mos keladi nazariy fikrlar.
Impulsli lazerlarni yaratish jarayoni ikkita asosiy xususiyat bilan tavsiflanadi miqdorlar: pulsga radiatsiya energiyasi, zarba davomiyligi ishlab chiqarish, o'rtacha radiatsiya quvvati, deb belgilanadi impulsdagi nurlanish energiyasining impulsning takrorlanish davriga nisbati. Lazer hosil qiluvchi nurlanishning energiyasi energiya qiymati bilan belgilanadi rezonatorning chiqish oynasining nasosi va o'tkazuvchanligi. Generatsiya jarayonini tahlil qilib, lazer energiyasini ko'rsatish mumkin radiatsiya nasos energiyasining uning chegarasidan oshib ketishi bilan mutanosibdir qiymat. Voqea sodir bo'lganda nasos lampasi tomonidan chiqarilgan energiya uchun zarur shart-sharoitlarni ta'minlash uchun lazer generatsiyasi sarflanadi avlod yuzaga keladi. Qolgan energiya ortiqcha hosil qilish uchun ishlatiladi chegara qiymatidan yuqori bo'lgan qo'zg'atilgan zarralar. Bu zarrachalar soni rag'batlantirilgan emissiya jarayonlarida bevosita ishtirok etadi va lazer generatori chiqaradigan energiyani aniqlaydi. Shunday qilib, uchun Elaz lazer nurlanishining energiyasi, biz munosabatni yozishimiz mumkin:
=C( - ) (1.17)
Bu erda C - tomonidan aniqlangan differentsial samaradorlik radiatsiya energiyasining faol elementini konvertatsiya qilish samaradorligi o'n sakkiz nasos lampalarining populyatsiya inversiyasiga, reflektor samaradorligiga, rezonatordagi ichki yo'qotishlar va yarim shaffof oynaning uzatilishi; - nasos energiyasi; - nasos energiyasining chegara qiymati. Lazer samaradorligi (COP) quyidagicha ifodalanishi mumkin:
. (1.18)
Xarakterli eksperimental kuzatilgan energiya bog'liqliklari nasos energiya darajasida radiatsiya va lazer samaradorligi 1.5-rasmda ko'rsatilgan.

Kirish
Neodimiy lazerlar qattiq holatdagi lazerlarning eng mashhuridir. Bu lazerlarda faol muhit odatda Y3AI5O12 kristalli [qisqartirilgan YAG (ytrium alyuminiy granatasi, yttrium alyuminiy granatasi)] bo'lib, unda Y3+ ionlarining bir qismi Nd3+ ionlari bilan almashtiriladi. Ba'zan Nd3+ ionlari bilan qo'shilgan fosfat yoki silikat shishasi ham qo'llaniladi. Nd: YAG kristali uchun odatiy doping darajasi 1 da. %. Dopingning yuqori darajalari luminesansning so'nishiga, shuningdek kristallardagi ichki kuchlanishlarga olib keladi, chunki ionining radiusi Y3+ ionining radiusidan taxminan 14% kattaroqdir. Dopingning bunday darajasi shaffof YAG kristaliga och binafsha rang beradi, chunki yutilish chiziqlari qizil mintaqada joylashgan.

Nd: YAG lazer
Shaklda. 1 soddalashtirilgan Nd: YAG energiya darajasi diagrammasini ko'rsatadi. Bu darajalar ionining ichki qobig'idagi uchta 4f elektronning o'tishlari bilan bog'liq. Ushbu elektronlar sakkizta tashqi elektron (5s2 va 5p6) tomonidan ekranlanganligi sababli, yuqoridagi energiya darajalariga kristall maydon ozgina ta'sir qiladi. Shuning uchun ko'rib chiqilayotgan o'tishlarga mos keladigan spektral chiziqlar nisbatan tor. Energiya darajalari atom fizikasining Rassel-Sanders bog'lanish yaqinlashuviga ko'ra etiketlanadi va har bir darajaning belgisi 2s+1LJ, bu erda S - umumiy spin kvant soni, J - umumiy burchak momentum kvant soni va L - orbital kvant soni. E'tibor bering, L ning ruxsat etilgan qiymatlari, ya'ni L = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... mos ravishda bosh harflar bilan belgilanadi, S, P, D, F, G, H , men, ... .
Guruch. 1. Nd: YAG kristalining energiya darajalarining soddalashtirilgan diagrammasi.

Shunday qilib, ionining 4I9/2 asosiy holati 2S+ 1=4 (ya'ni, S = 3/2), L = 6 va J = L -5 = 9/2 bo'lgan holatga mos keladi. Ikki asosiy nasos diapazoni mos ravishda 0,73 va 0,8 mkm da joylashgan bo'lsa-da, boshqa yuqori assimilyatsiya zonalari ham muhim rol o'ynaydi. Bu bantlar 4F3/2 darajasi bilan tez (~ 10-7 s) radiatsion bo'lmagan gevşeme bilan bog'liq bo'lib, u erdan relaksatsiya pastki darajalarga (masalan, 4I9/2, 4I11/2 va 4I13/2) sodir bo'ladi; bu oxirgi daraja 1-rasmda ko'rsatilmagan. Shu bilan birga, bo'shashish tezligi ancha sekinroq (t = 0,23 ms), chunki elektr dipol o'zaro ta'sirining yaqinlashuvida o'tish taqiqlanadi (ruxsat etilgan elektr dipol o'tishlari uchun tanlash qoidasi DJ=0 yoki ±1) va radiatsiyaviy bo'lmagan relaksatsiya tufayli sekin bo'ladi. 4F3 darajasi /2 va unga eng yaqin bo'lgan eng past daraja o'rtasidagi katta energiya oralig'i. Bu shuni anglatadiki, 4F3/2 darajasi nasos energiyasining katta qismini saqlaydi va shuning uchun yuqori lazer sathining roli uchun juda mos keladi. Ma'lum bo'lishicha, 4F3/2 darajasidan asosiy darajaga o'tish mumkin bo'lgan turli xil o'tishlar orasida eng qizg'in 4F3/2 à I11/2 o'tish hisoblanadi.Bundan tashqari, 4I11/2 darajasi tezkor (buyurtma bo'yicha) bilan bog'liq. nanosekundlar) asosiy holatga radiatsion bo'lmagan relaksatsiya va 4I11/2 va 4I9/2 darajalarining energiyalari o'rtasidagi farq deyarli kT dan kattaroq kattalik tartibidir. Bundan kelib chiqadiki, bu ikki daraja o'rtasidagi issiqlik muvozanati juda tez o'rnatiladi va Boltzmann statistikasiga ko'ra, 4I11/2 darajasini yaxshi yaqinlikda amalda bo'sh deb hisoblash mumkin. Shunday qilib, bu daraja pastki lazer sathining roli uchun ajoyib nomzod bo'lishi mumkin.

Yuqorida aytib o'tilganlardan ko'rinib turibdiki, Nd: YAG kristalidagi 4F3/2 à 4I11/2 o'tish to'rt darajali sxemada lasingni olish uchun juda mos keladi. Aslida, quyidagilarni e'tiborga olish kerak; 4F3/2 darajasi kristall ichidagi elektr maydoni (Stark effekti) tomonidan DE = 88 sm-1 energiya oralig'i bilan ajratilgan ikkita kuchli bog'langan pastki darajalarga (R1 va R2) bo'linadi. 4I11/2 darajasi ham Stark effekti tufayli oltita pastki darajaga bo'lingan. Ma'lum bo'lishicha, lazer generatsiyasi odatda 4F3/2 darajasining R2 pastki darajasidan 4I11/2 darajasining ma'lum bir pastki darajasiga qadar sodir bo'ladi, chunki bu o'tish o'tish kesimining eng katta qiymatiga ega (s = 8,8 x 10 x 19 sm2) ). Ushbu o'tish to'lqin uzunligi l = 1,064 mkm (IQ diapazoniga yaqin) ga ega. Ammo shuni esda tutish kerakki, R1 va R2 pastki sathlari kuchli bog'langanligi sababli, barcha hisob-kitoblarda samarali kesma s21= 3,5*10-19 sm2 qo'llaniladi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, lazer bo'shlig'ida mos keladigan dispersiya tizimidan foydalanib, turli xil o'tishlarga mos keladigan ko'plab boshqa to'lqin uzunliklarida hosil bo'lishi mumkin: I13/2 (l = 1,3 9 mkm - bu holda eng qizg'in chiziq) va 4F3/2 à I11/2 o'tish (l taxminan 0,95 mkm). Bunga qo'shimcha ravishda, xona haroratida l = 1,06 mkm bo'lgan lazerli o'tish panjara fononlari bilan o'zaro ta'sir tufayli bir xilda kengayganligini esga olish kerak. Tegishli kenglik T = 300 K da Dn = 6,5 sm-1 = 195 GHz. Bu Nd: YAG ni rejim qulflangan avlod uchun juda mos qiladi. Yuqori lazer sathining uzoq umr ko'rish muddati (t = 0,23 ms) Nd : YAG ni Q-switchli ishlash uchun juda yaxshi qiladi. Nd: YAG lazerlari ham uzluksiz, ham impulsli rejimlarda ishlashi mumkin. Ikkala holatda ham chiziqli lampalar odatda bitta ellipsli yoritgichli, chiroq va kristallning yaqin joylashuvi yoki ko'p ellipsli yoritgichli sxemalarda qo'llaniladi. Impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlash uchun mos ravishda o'rta bosimli ksenon lampalar (500-1500 mm Hg) va yuqori bosimli kripton lampalar (4-6 atm) ishlatiladi. Rod o'lchamlari odatda yoqut lazeriniki bilan bir xil. Nd: YAG lazerining chiqish parametrlari quyidagicha: doimiy multimod rejimida chiqish quvvati 200 Vt gacha; yuqori zarba takrorlash tezligi (50 Hz) bo'lgan impulsli lazerda o'rtacha chiqish quvvati taxminan 500 Vtni tashkil qiladi; Q-switched rejimida maksimal chiqish quvvati 50 MVtgacha; rejim qulflangan rejimda impulsning davomiyligi 20 ps gacha. Impulsli va uzluksiz rejimlarda differentsial samaradorlik taxminan 1-3% ni tashkil qiladi.
Ishlaydigan lazerga misol
Cw Nd:YAG lazerini ko'rib chiqing. Bu yerda faol muhit Y3AI5O12 kristalidagi ionlaridir. ionlari kristalldagi baʼzi Y3+ ionlarini almashtiradi. Shuni ta'kidlash kifoyaki, bunday lazer to'rt darajali sxema bo'yicha ishlaydi va uning radiatsiya to'lqin uzunligi l = 1,06 mkm (IQ spektral hududga yaqin). Faraz qilaylik, ionlarining konsentratsiyasi 1% (ya’ni Y3+ ionlarining 1% Nd3+ ionlari bilan almashtiriladi); demak, asosiy davlat populyatsiyasi Ng= 6×1019 Nd3+ ion/sm3. Konsentratsiyaning ushbu qiymatida yuqori lazer sathining ishlash muddati (yashash vaqtining konsentratsiyaga bog'liqligi radiatsiyaviy bo'lmagan kanalning bo'shashish tezligining konsentratsiyaga bog'liqligi bilan bog'liq) t = 0,23 * 10-3 s. Bu vaqt bilan solishtirganda, past lazer sathining ishlash muddati ancha qisqaroq. Samarali kesmani hisoblash uchun shuni ta'kidlaymizki, yuqori lazer sathi aslida DE = 88 sm-1 masofa bilan ajratilgan ikkita kuchli bog'langan darajadan iborat (1-rasmga qarang).

2-rasm. Rezonatorning sxemasi.
Generatsiya yuqori darajadagi R2 pastki darajasi va lazer sathining pastki 4I11/2 pastki darajasi o'rtasida sodir bo'ladi. Ushbu o'tishning kesimi s= 8,8 * 10-19 sm2. Endi rasmda ko'rsatilgan lazer tizimini ko'rib chiqing. 2 va novda elliptik yoritgich konfiguratsiyasiga ega bo'lgan yuqori bosimli kripton chiroq bilan pompalanadi deb faraz qiling. Kripton chiroqqa qo'llaniladigan kirish quvvatiga nisbatan P chiqish quvvatining (ko'p rejimli ishlab chiqarish uchun) odatiy egri chizig'i chiziqli bo'lishi kerak. Yuqoridagi t va s21 qiymatlaridan foydalanib, biz Is = hn/ts21 = 2,33 kVt/sm2 ni olamiz, shuning uchun R = 58 (Rr/Rpor - 1) ni topamiz, bu tajribaga mos keladi.
Eksperimental ma'lumotlarning ekstrapolyatsiyasi natijasida olingan chegara quvvati (Pthr = 2,2 kVt) va differentsial samaradorlik (n = 2,4%) qiymatlarini mos keladigan nazariy qiymatlar bilan solishtirish uchun yi qiymatini bilish kerak. . Chunki yaxshi ko'p qatlamli oyna qoplamasi assimilyatsiya koeffitsienti 0,5% dan kam. biz bu erda a2 oynasining yutilishini e'tiborsiz qoldirdik. Agar biz R2 oynasining turli aks ettirish koeffitsientlarida pol nasosining quvvatini bir nechta o'lchashni amalga oshirsak, biz Rthr ning -In R2 ga chiziqli bog'liqligini olishimiz kerak. Tajribada aynan shu qaramlik kuzatiladi.
Ichki yo'qotishlar ma'lum bo'lganligi sababli nasosning samaradorligini topish mumkin.Agar biz differensial samaradorlikni 2,4% ga teng qilib qo'ysak, u holda nasosning samaradorligi 4,2% ga teng bo'ladi, bu ko'rib chiqilayotgan nasos tizimining turiga juda mos keladi. Agar umumiy yo'qotishlar ma'lum bo'lsa, u holda chegara populyatsiyasining inversiyasini ham hisoblash mumkin (Nc=4,5*1016 ionlari/sm2).
Keling, nasosning uch baravar chegarasi (x = 3), ya'ni chiroqqa berilgan kirish quvvati 6,6 kVt bo'lgan holatda chiqish oynasining optimal uzatilishini hisoblaylik. xmin = 9.4. Shunday qilib, biz (g2) opt = 0,157 ni olamiz, bu optimal uzatish (T1) opt = 14,5% qiymatiga mos keladi. Ushbu qiymat ushbu misolda ishlatiladigan oynaning uzatish qiymatiga juda yaqin.

Oxirgi vazifa sifatida biz Pp = 10 kVt chiroqning kirish pompasi quvvatida TEM00 bir rejimli rejimda ishlaydigan lazerning o'rtacha chiqish quvvatini hisoblaymiz. Avvalo, biz aniqlaymizki, rezonatorning tekis oynasidagi nuqta o'lchami shaklda ko'rsatilgan. 2 - 0,73 mm, bu erda R - konkav oynaning egrilik radiusi va L - rezonatorning uzunligi. Faraz qilaylik, TEMoo rejimida generatsiyani amalga oshirish uchun TEM10 rejimida hosil bo'lishining oldini olish uchun sferik oyna yaqinidagi rezonatorga etarlicha kichik diametrli 2a dumaloq diafragma o'rnatilgan. Shuning uchun, bu oxirgi rejimning umumiy yo'qolishi kamida 0,54 bo'lishi kerak va diafragmaning kiritilishidan kelib chiqadigan diffraktsiya yo'qolishi gd=0,42 bo'lishi kerak. Shuning uchun rezonatorning to'liq o'tishi uchun diffraktsiya yo'qolishi 2gd = 0,84 ga teng bo'lib, rezonatorning to'liq o'tishida Ti = 57% yo'qotishlarni beradi. Kerakli diafragma o'lchamini topish uchun shuni ta'kidlaymizki, 2-rasmda ko'rsatilgan rezonatorning to'liq o'tishidan keyin yo'qotishlar egrilik radiusi R = 5 m bo'lgan ikkita bir xil ko'zgudan tashkil topgan simmetrik rezonatordagi bir o'tish uchun bir xil bo'ladi. bir-biridan Ls = 2L = 1 m masofada va diametri 2a bo'lgan rezonator ichidagi diafragma bilan. G'= 0,8 va yo'qotishlar 57% bo'lishi kerakligi sababli, N = a2/lLs = 0,5 bo'lishi kerak, undan diafragma o'lchami a = 0,73 mm ni olamiz. Bunday diafragma bilan ekvivalent simmetrik rezonatorning TEM00 rejimi 28% yo'qotishga ega. Shuning uchun ular to'liq o'tish uchun rezonatorimizning diffraktsiya yo'qolishiga ham teng, ya'ni har bir o'tishdagi yo'qotish 0,164 ni tashkil qiladi. Shunday qilib, TEMoo rejimining umumiy yo'qolishi 0,283 ga oshadi va pol nasosining quvvati Pthr = 5,2 kVt bo'lishi kerak. Biz P = 1,45 ni olamiz.

Xulosa

Nd:YAG lazerlari turli sohalarda keng qo'llaniladi, jumladan: masofani o'lchash (harbiy maqsadlar uchun lazer masofa o'lchagichlarning ko'pchiligi va mo'ljalga olish qurilmalari Nd:YAG lazerlaridan foydalanadi); fandagi ilovalar (Q-switched lazerlar); materiallarni qayta ishlash (kesish, burg'ulash, payvandlash va boshqalar); tibbiyotda qo'llanilishi (fotokoagulyatsiya).

YAL0[YAlO3], YLF[YLiF4] va GSGG [Gd3Sc2Ga3O12] kabi ko'plab boshqa kristalli materiallar Nd3+ ioni uchun matritsalar sifatida ham ishlatilishi mumkin.

YAG kimyoviy formulasi: : . Ushbu lazer to'rt darajali sxema bo'yicha ishlaydi. Asosiy daraja deb ataladigan birinchi daraja ionlar ega bo'lishi mumkin bo'lgan energiyaning min mumkin bo'lgan qiymatiga mos keladi.

+Min energiyaga ega boʻlgan ionlar soni koʻpchilikni tashkil qiladi. Yuqori energiya darajasidagi ionlar soni sezilarli darajada kamroq bo'ladi va u Boltsmann muvozanat taqsimotiga bo'ysunadi. Neodimiy granatli lazerlarda pastki ish darajalari kam joylashadi va shuning uchun nasos quvvatining asosiy qismi teskari populyatsiyani yaratishga emas (), balki rezonatordagi yo'qotishlarni bartaraf etishga va foydali chiqish nurlanishiga sarflanadi. Bunday holda, avlod paydo bo'lishi uchun 3-darajaga faqat er sathida joylashgan ionlarning kichik qismini o'tkazish kifoya. Bu ushbu turdagi lazerlarni uch darajali sxema bo'yicha ishlaydigan lazerlardan yaxshi ajratib turadi. Ikkinchisida er sathi pastki ish darajasidir va teskari populyatsiyani yaratish uchun () ionlarning kamida yarmini yer sathidan metastabil 2 darajaga o'tkazish va yo'qotishlarni hisobga olgan holda talab qilinadi. rezonator va foydali radiatsiya, yarmidan ko'pi. Shuning uchun, uch darajali lazerlarda (masalan, yoqutda) nasos quvvati samarasiz sarflanadi va ularning samaradorligi ancha past bo'ladi. Atrof-muhit holati, N3>N2 bo'lsa, energiya darajalarining populyatsiya inversiyasi deyiladi. Neodimiy qo'shilgan itriy-alyuminiy granatasi yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori qattiqlik va qoniqarli optik xususiyatlarga ega noyob materialdir. Rejim qulflangan rejimda ishlab chiqarish uchun javob beradi. Yuqori lazer sathining uzoq umr ko'rish muddati (t = 0,23 ms) YAG ning Q-switchli ishlashi uchun juda yaxshi bo'lishiga imkon beradi. YAG lazerlari ham uzluksiz, ham impulsli rejimlarda ishlashi mumkin. Ikkala holatda ham chiziqli lampalar odatda bitta ellipsli yoritgichli, chiroq va kristallning yaqin joylashuvi yoki ko'p ellipsli yoritgichli sxemalarda qo'llaniladi. Impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlash uchun mos ravishda o'rta bosimli ksenon lampalar (500-1500 mm Hg) va yuqori bosimli kripton lampalar (4-6 atm) ishlatiladi. Rod o'lchamlari odatda yoqut lazeriniki bilan bir xil. YAG lazerining chiqish parametrlari quyidagilardan iborat: doimiy multimod rejimida chiqish quvvati 200 Vt gacha; yuqori zarba takrorlash tezligi (50 Hz) bo'lgan impulsli lazerda o'rtacha chiqish quvvati taxminan 500 Vtni tashkil qiladi; Q-switched rejimida maksimal chiqish quvvati 50 MVtgacha; rejim qulflangan rejimda impulsning davomiyligi 20 ps gacha. Impulsli va uzluksiz rejimlarda differentsial samaradorlik taxminan 1-3% ni tashkil qiladi.

5555555555555555555555555555555555555555555555555555
Nd: YAG lazer
Nd:YAG lazer qattiq holatdagi lazerdir. Uning ishlaydigan asbobi katta flesh-resursga ega kristalldir. Qurilma neodimiyga tegishli. U 1064 nm to'lqinli infraqizil spektrda yorug'lik hosil qiladi.

Nd: YAG lazerining ko'lami kosmetologiya markazlari va estetik tibbiyot klinikalari. Professionallar ushbu qurilmani tobora ko'proq afzal ko'rishadi, chunki:

bir seansning davomiyligi qisqa - bu bemor uchun ham, shifokor uchun ham qulay;

kursning natijasini oldindan aytish mumkin;
Nd: YAG diodli lazer bilan ishlov berish yilning istalgan vaqtida amalga oshirilishi mumkin;
qurilmadan foydalanish qulay.
Bemorlar orasida o'rnatishning mashhurligi quyidagi afzalliklar bilan izohlanadi:

og'riqsiz protseduralar;

terida izlar yo'q;
natijani darhol baholash mumkin;
maxsus reabilitatsiya kerak emas.
Nd:YAG lazerining kosmetologiyada qo'llanilishi

Nd: YAG apparatining terapevtik ta'siri bir hil fototermolizga asoslangan. Uzoq to'lqinli va termal komponentli radiatsiya tanlangan hududlarning nazorat ostida kuyishini qoldiradi. Bunday zararning oqibatlari mikrovaskulyar to'shakning to'liq koagulyatsiyasi, kollagen tuzilishidagi o'zgarishlar yoki fibroblastlarni yo'q qilishdir.

Nd: YAG qurilmasi optimal to'lqin uzunligiga ega bo'lganligi sababli, nojo'ya ta'sirlar chiqarib tashlanadi. Jarayonga qarab, nurning nuri to'g'ridan-to'g'ri olib tashlanadigan tatuirovka pigmentiga, idishga yoki soch follikulasiga kiradi. Atrofdagi to'qimalar zarar ko'rmaydi.

Nd: YAG impulsli lazerlardan foydalanadigan protseduralar:

tatuirovkalarni olib tashlash va tuzatish (rangi, yoshi va pigment chuqurligi muhim emas);

tatuirovkani olib tashlash va tuzatish;
terining shikastlanishi tufayli paydo bo'lgan pigmentatsiyani yo'q qilish;
"qahva" va qarilik dog'larini, har qanday soyaning mollarini, ksantelazmani kamaytirish;
qarishga qarshi teri terapiyasi.
Nd:YAG lazeridan foydalangan holda protseduralarning xususiyatlari

Nd:YAG lazer terapiyasi o'ziga xos xususiyatlarga ega. Xususan, protseduralar boshlanishidan oldin mutaxassis bilan maslahatlashish muhim, shuningdek, tavsiya etiladi:

birinchi protseduradan 10 kun oldin C vitamini ichish;

kosmetolog tomonidan tayinlangan antiviral preparatlarni ichishni boshlang;
taxminan bir oy davomida ochiq quyoshda ham, solaryumda ham bronzlashdan qochish kerak.
Nd:YAG lazeridan foydalanish uchun ko'rsatmalar

qora dog'lar;

mollar;
tatuirovka va tatuirovka;
sepkillar;
gormonal va yosh pigmentatsiyasi;
notekis yuz rangi;
qon tomir yulduzlar.
Nd: YAG lazeri, jumladan, uglerodli peeling uchun faol qo'llaniladi. Uglerod tarkibi bilan birgalikda lazer ta'siridan foydalanish tufayli yuzni tozalash chuqur, lekin ayni paytda imkon qadar nozik. Uglerod mikrozarralari dermis qatlamlariga chuqurroq kirib, toksinlar va parchalanish mahsulotlarini o'zlashtiradi. Shuningdek, lazer nurlanishi tufayli o'lik va shikastlangan hujayralarni faolroq olib tashlash mavjud. Fototermoliz regeneratsiya va kollagen ishlab chiqarish jarayonlarini boshlaydi.
Impulsli Nd:YAG dan foydalanishga qarshi ko'rsatmalar

quyosh allergiyasi va quyosh radiatsiyasiga yuqori sezuvchanlik;

psoriaz, atopik dermatit, ekzema va boshqa dermatologik kasalliklar;
dekompensatsiyalangan diabet;
ta'sir qilish joyidagi yaralar va jarohatlar;
yurak-qon tomir patologiyalari;
bir oygacha bo'lgan sarg'ish;
herpesning kuchayishi;
o'tkir bosqichdagi yuqumli kasalliklar;
onkologik kasalliklar;
ba'zi dorilarni, xususan, A vitaminini qabul qilish;
keloid chandiqlariga moyillik;
varikoz tomirlari, flebit, tromboflebit;
metall protezlar, yurak stimulyatori;
epilepsiya kasalligi, ruhiy kasallik;
homiladorlik, laktatsiya davri;
yoshi 18 yoshgacha.
Nd: YAG apparati bilan bajariladigan protseduralar terini oldindan tozalashni talab qiladi. Agar kerak bo'lsa, behushlik beriladi. Mutaxassis krem ​​yoki jel shaklida lokal anestezikani yoki yumshoq to'qimalarga anestetik preparatni kiritishni qo'llashi mumkin. Nd: YAG impulslarini o'rnatishning ish parametrlari protsedura maqsadiga muvofiq o'rnatiladi.

Jarayondan keyin terini parvarish qilish

Nd:YAG lazeridan foydalangandan so'ng teriga zarar yetkazilmaydi, ammo ba'zi hollarda 12-48 soatdan keyin yo'qolib ketadigan engil qizarish kuzatiladi. Maksimal natijalarga erishish uchun quyidagi oddiy tavsiyalar yordam beradi:

quyosh yonishidan saqlaning;

haddan tashqari qizib ketmang (sauna, hammomga tashrif buyurmang);
Ko'chaga chiqayotganda davolangan joyga quyoshdan himoyalovchi krem ​​surting.
Natijada shuni ta'kidlash mumkinki, Nd:YAG qurilmalari innovatsion impulsli lazerlar bo'lib, ulardan foydalanish birinchi seansdan keyin ko'rinadigan ajoyib natijalarni beradi.


Ittiriy-alyuminiy granatli (IAG) lazerlar