CÁC LOẠI LASER KHÁC NHAU

Hiện nay có rất nhiều loại laser có những khả năng khá đa dạng, thực tế là bao trùmtoàn bộ phổ từ vùng hồng ngoại xa đến vùng tử ngoại. Các nhà vật lý quang học quangphổ còn có thể sử dụng các yếu tố phi tuyến phối hợp với các laser đủ mạnh để tạo rađược các bức xạ nhân tần số (có tần số gấp đôi hay gấp 3…) hay tạo bức xạ phát thôngsố với hiệu suất chuyển đổi cao và không làm giảm chất lượng kết hợp không gian củachùm tia laser. Người ta cũng còn...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÁC LOẠI LASER KHÁC NHAUNhóm 4: 1. Đào Văn Hoạt 2. Phan Văn Hóa 3. Phan Tuấn Hùng CÁC LOẠI LASER KHÁC NHAU Hiện nay có rất nhiều loại laser có những khả năng khá đa dạng, thực tế là bao trùmtoàn bộ phổ từ vùng hồng ngoại xa đến vùng tử ngoại. Các nhà vật lý quang học quangphổ còn có thể sử dụng các yếu tố phi tuyến phối hợp với các laser đủ mạnh để tạo rađược các bức xạ nhân tần số (có tần số gấp đôi hay gấp 3…) hay tạo bức xạ phát thôngsố với hiệu suất chuyển đổi cao và không làm giảm chất lượng kết hợp không gian củachùm tia laser. Người ta cũng còn có khả năng làm dịch chuyển tần số về phía sóng dàihay sóng ngắn hơn (Hiệu ứng Raman cưỡng bức, hiệu ứng Brillouin).I – Laser He-Ne (Hê-li – Nê-ông). Laser He-Ne là laser khí đầu tiên trong lịch sử. Bức xạ laser xảy ra do dịch chuy ểngiữa các mức năng lượng của nguyên tử Ne trung hòa. Ngoài khí Ne, môi trường hoạtchất của laser còn chứa khí Heli. Hỗn hợp có áp suất khoảng một vài mmHg, áp suấtriêng phần của Heli cao gấp khoảng 5-10 lần áp suất Neon. Laser He-Ne được kích thích bằng sự phóng điện dòng một chiều. Hình 1 trình bàycác chuyển dời trong laser He-Ne. Các đường nét đứt thể hiện các chuyền dời kích thíchvà hồi phục, đường nét thể hiện các chuyển dời quang học, đường chấm chấm thểhiện sự phục hồi do va chạm với thành ống, các mũi tên cong thể hiện s ự truyền nănglượng cộng hưởng từ He sang Ne. Các dải năng lượng của nguyên tử Ne tương ứng với các cấu hình điện tử nhất đ ịnh.Trong hình vẽ sử dụng ký hiệu Paschen: Dải Cấu hình 2p53s 1s 2p54s 1s 2p55s 3s 2p53p 2p 2p54p 3pMỗi dải s gồm 4 mức, mỗi dải p gồm 10 mức. Các dải 3s và 2s đóng vai trò mức lasertrên, các dải 3p và 2p đóng vai trò mức laser dưới. Các chuyển dời laser chủ yếu là: 3s->3p (3.39µm), 2s -> 2p (1.15µm), 3s->2p (0.6328µm) và chuyển dời 3s2->2p (0.543nm). Sự nghịch đảo độ tích lũy của laser He-Ne xảy ra do tốc độ tích lũy của mức trên caohơn nhiều tốc độ tích lũy của mức dưới. Các nguyên tử Ne được kích thích lên các mứclaser trên nhờ quá trình truyền năng lượng cộng hưởng khi va chạm không đàn hồi vớicác nguyên tử He ở trạng thái kích thích: Nếu va chạm với nguyên tử He ở trạng thái21S0, nguyên tử Ne nhảy lên dải 3s. Nếu va chạm với nguyên tử He ở trạng thái 23S1,nguyên tử Ne sẽ nhảy lên dải 2s.Với ba điều kiện làm quá trình truyền năng lượng kích thích từ nguyên tử He chonguyên tử Ne xảy ra hiệu quả: i) Sự gần nhau giữa các mức năng lượng tương ứng của He và Ne ii) Sự siêu bền của các mức 21S0 và 23S1 iii) Áp suất cao hơn của He so với Ne. Do vậy sự truyền năng lượng ngược trở lại từ Ne tới He là rất nhỏ. Do các chuyển dời tự động tử các mức laser trên (dải 3p và 2p) xuống mức dưới là bịcấm trong gần đúng lưỡng cực, sự phục hồi để khử tích lũy của mức laser dưới (1S)nhờ vào sự dịch chuyển tự phát và sự va chạm của Ne với thành ống. Do đó các laserHe-Ne có công suất phát lớn thì hay cần có đường kính ống phóng điện rất nhỏ (maodẫn). Hình 1. Các chuyển dời trong laser He-Ne. Môi trường laser bao gồm hỗn hợp khí nguyên tử He và Ne ở áp suất toàn phần thấp(một – vài chục Torr). Các dịch chuyển quang học cho bức xạ laser xảy ra trong cácnguyển tử Ne. Khí He làm vai trò khí đệm, tiếp nhận năng lượng kích thích do quá trìnhphóng điện trong ống laser và truyền năng lượng kích thích này cho các nguyên tử khí Neđang ở trạng thái cơ bản nhờ va chạm không đàn hồi. Sự trao đổi năng lượng thực hiệngiữa mức siêu bền 21S của He với mức 3s của Nê-ông. Sự dích chuyển từ 3s xuống cácmức của 2p có thể cho các bức xạ ở bước sóng 6328, 6320, 5941 và 5435Ȧ (s ự dịchchuyển từ 3s xuống 3p cho bức xạ 3,39 µm). Công suất bức xạ với các vạch trong vùngkhả kiến thường là nhỏ từ 1 đến 10 mW ở chế độ liên tục; nếu người ta tăng dòngphóng điện hay áp suất của khí thì sẽ xuất hiện các cơ chế phá hủy mức siêu bền. Lasernày có thể hoạt động ở chế độ đa mode; đó là trường hợp các laser thường thấy với giáthành khoảng dưới 1000 USD. Nó có thể hoạt động ở chế độ đơn mode để thu đượctần số khá ổn định. Sự chuyển cộng hưởng năng lượng là rất đặc biệt trong trường hợp He-Ne. Theo cácđiều kiện phóng điện, một trong các cơ chế chuyển có thể là rất dễ dàng và ta thu đượccác phát xạ hoặc ở 1,14 µm hoặc ở 0,632 µm và 3,39 µm.II – Laser khí cac-bô-nicMôi trường laser thường là hỗn hợp phân tử khí các-bô-nic và khí Nitơ. Các dịch chuyểnquang học cho bức xạ laser xảy ra trong các phân tử khí các-bô-nic. Phân tử khí Ni đượcsử dụng để tăng cường khả năng kích thích phân tử các-bô-nic. Trạng thái điện tử cơbản của phân tử khí cac-bô-nic gồm nhiều mode dao động liên kết với chuyển độngquay thành một số lớn mức dao động quay thành một số mức dao động quay. Toàn bộcác mức tương ứng với một mode dao động ...