Laser: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
dodani su laseri sa slobodnim elektronima i primjene lasera |
m dodane su slike |
||
Redak 8:
==Princip rada==
Laserska zraka se proizvodi fenomenom [[spektroskopija|stimulirane emisije]]. Kao prvi uvjet emisije fotona je [[Bohrov uvijet]]: laserski medij mora sadržavati energijske razine čija energija (razlika energija) odgovara energiji emitiranih fotona. Drugi uvijet je da većina atoma (ili molekula) bude u pobuđenom stanju. Moramo imati na umu da se u laserskom mediju mogu događati različiti procesi interakcije elektromagnetskog zračenja i materije: najviše dolaze do izražaja [[apsorpcija zračenja|apsorpcija]] i [[spontana emisija zračenja]]. Ukoliko dovedemo dio atoma (ili molekula) laserskog medija u pobuđeno stanje, oni će emitirati fotone spontanom emisijom. Ti fotoni se dalje mogu apsorbirati na nepobuđenim atomima, ili izazavati stimuliranu emisiju na preostalim pobuđenim atomima. Laserska zraka se može proizvesti jedino ako stimulirana emisija dominira nad aprorpcijom i spontanom emisijom zračenja. To se postiže '''inverzijom napučenosti''' atoma u laserskom mediju: broj atoma u pobuđenom stanju mora biti veći od broja atoma u osnovnom stanju.
[[Slika:3-stupanjski_laser.png|thumb|400px|Energijska shema trostupanjskog lasera]] Inverzija napučenosti se može postići samo u specifičnim slučajevima, pa se samo rijetke tvari mogu iskoristiti kao laserski mediji. Inverzija napučenosti se može postići ako u sustavu postoji '''metastabilno stanje'''. Metastabilno stanje je pobuđeno stanje u kojem se atom (ili molekula) se zadržava puno dulje nego u normalnim pobuđenim stanjima. U laserskom mediju mora postojati još barem jedno pobuđeno stanje, što sa osnovnim stanjem čini sustav od tri energijske razine - '''trostupanjski laser'''. U laserskom sustavu s tri razine, atomi (molekule) se određenim načinom pobuđuju u pobuđeno stanje. Pobuđeno stanje, traje vrlo kratko i brzo se relaksira u nešto niže metastabilno stanje. Atomi (molekule) se ne mogu brzo relaksirati u osnovno stanje, pa laserskim medijem počinju dominirati atomi u metastabilnom stanju. Inverzija napučenosti se postiže između metastabilnog i osnovnog stanja, pa se lasersko djelovanje postiže prijelazom između ta dva stanja. Pobuđeno stanje koje se koristi za populiranje metastabilnog stanja ne mora biti jedno stanje, već se može koristiti niz energijskih stanja. [[Slika:4-stupanjski_laser.png|thumb|400px|left|Energijska shema četverostupanjskog lasera]] Postoje i laseri koji rade na principu četiri razine – '''četverostupanjski laser'''. Metastabilno stanje se napučuje na isti način kao i kod trostupanjskog lasera, ali inverzija napučenosti se postiže između metastabilnog i drugog pobuđenog stanja niže energije. Kako se niskoležeće pobuđeno stanje brzo relaksira i ostaje prazno, inverzija populacije je zajamčena čak i ako je pobuđen relativno mali broj atoma u laserskom mediju. Za rad lasera je važna inverzija napučenosti. Povišenjem temperature pobuđena stanja se počinju populirati, što može narušiti inverziju populacije. (Zagrijavanjem nije moguće postići inverziju populacije.) Zbog toga je lasere često potrebno hladiti.
Line 76 ⟶ 80:
Pulsni laseri se koriste za proučavanje super-brzih procesa. U [[femtosekundna spektroskopija|femtosekundnoj spektroskopiji]] se na objekt proučavanja se istovremeno pošalju dvije laserske zrake iz pulsnog lasera vrlo kratkog pulsa. Jedna zraka se pošalje direktno na uzorak, a drugoj se poveća put za nekoliko centimetara s pomoću zgodno postavljenih zrcala. Ta zraka će zakasniti za nekoliko [[femtosekunda|femtosekundi]], jer je svjetlosti potrebno određeno vrijeme da prijeđe taj put. Prva laserska zraka (eng. pump pulse) će uzrokovati reakciju u uzorku, a drugom (eng. probe pulse) se može gledati što se u tom trnutku događa u uzorku. Pomicanjem zrcala, moguće je kontrolirati kašnjenje druge laserske zrake i na taj način dobiti sliku o procesu unutar uzorka. Na taj način se istražuju najbrže kemijske reakcije u prirodi
[[Slika:FemtosecondLaser.jpg|thumb|750px|Pokus s femtosekundnim laserom]]
Jako veliki laseri se koriste za istraživanja materije u uvjetima ekstremnih tlakova i temperatura. Pomoću takvih lasera moguće je provesti [[nuklearna fusija|nuklearnu fusiju]] na malenim količinama [[vodik|vodika]]. Takvi laseri su najčešće kruti laseri sa jezgrom napravljenom od stakla u koje su stavljene određene tvari koje služe kao aktivni laserski medij.
| |||