1.doc

Sadržaj

1. 
   Uvod……………………………………………………………………………….3
2. 
   Princip rada lasera…………………………………………………………………6
3. 
   Plinski laseri…………………………………………………………….10
4. 
   Helijum-neonski laser……………………………………………………………..11
5. 
   Helijum-neonski laser tip LG-36a………………………………………………..13
6. 
   Primjena helijum-neonskog lasera u medicini…………………………………..15
7. 
   Neke informacije o modernim helijum-neonskim laserima………17
8. 
   Spisak korištene literature………………………………………………..18

Uvod
laseri ili optički kvantni generatori su savremeni izvori koherentnog zračenja. Njihovo stvaranje je jedno od najvažnijih dostignuća fizike dvadesetog veka. Laseri su našli prilično široku primenu u gotovo svim oblastima nauke, kao i u tehnologiji, medicini i vojnim poslovima.

Uronimo malo u istoriju:

Ideja o proučavanju gasnih pražnjenja radi posmatranja stimulisane emisije nikome nije pala na pamet početkom 20. veka - uostalom, naučnici još nisu bili svesni njegovog postojanja.

Godine 1913. Albert Ajnštajn je pretpostavio da bi radijacija mogla nastati u unutrašnjosti zvijezda pod djelovanjem prisilnih fotona. U klasičnom radu "Kvantna teorija zračenja" objavljenom 1917., Ajnštajn ne samo da je zaključio postojanje takvog zračenja iz opšti principi kvantne mehanike i termodinamike, ali i dokazao da ima isti smjer, valnu dužinu, fazu i polarizaciju, odnosno koherentan je pogonskom zračenju. I deset godina kasnije, Paul Dirac je rigorozno potkrijepio i sažeo ove zaključke.

Prvi eksperimenti.

Rad teoretičara nije prošao nezapaženo. 1928. Rudolf Ladenburg, direktor odjela atomska fizika Institut za fizičku hemiju i elektrohemiju Društva Kaiser Wilhelm i njegov učenik Hans Kopfermann eksperimentalno su promatrali inverziju populacije u eksperimentima s neonskim cijevima. Ali stimulisana emisija je bila vrlo slaba, i bilo ju je teško razlikovati od pozadine spontane emisije.

Jedan od pokušaja stvaranja lasera bio je prilično ozbiljan rad vezan za pojačanje optičkih signala korištenjem stimulirane emisije. Ovo djelo je bila doktorska disertacija Moskovljana Valentina Fabrikanta, objavljena 1940. godine. Godine 1951. V.A. Fabrikant, F.A. Butaev i M.M. Vudinski je podneo prijavu za pronalazak nove metode pojačanja elektromagnetnog zračenja zasnovanog na upotrebi medija sa inverzijom populacije. Nažalost, ovaj rad je objavljen tek 8 godina kasnije i malo ko ga je primijetio, a pokušaji izrade operativnog optičkog pojačala su se pokazali bezuspješnim. Razlog tome je nedostatak rezonatora.

Put do stvaranja lasera nisu pronašli optičari, već radiofizičari, koji su dugo bili u stanju da grade generatore i pojačala elektromagnetskih oscilacija koristeći rezonatore i povratne informacije. Oni su bili predodređeni da dizajniraju prve kvantne generatore koherentnog zračenja, samo ne svjetlosnog, već mikrovalnog.

Masers.

Mogućnost stvaranja takvog generatora prvi je shvatio Charles Townes, profesor fizike na Univerzitetu Columbia. Shvatio je da je moguće napraviti mikrotalasni generator koristeći snop molekula sa nekoliko energetskih nivoa. Da bi to učinili, potrebno ih je razdvojiti elektrostatičkim poljima i utjerati snop pobuđenih molekula u metalnu šupljinu, gdje će ići na niži nivo, emitirajući elektromagnetne valove. Da bi ova šupljina radila kao rezonator, njene linearne dimenzije moraju biti jednake dužini emitovanih talasa. Towns je podijelio ovu misao sa diplomiranim studentom Jamesom Gordonom i istraživačkim asistentom Herbertom Zeigerom. Za ulogu medijuma odabrali su amonijak, čiji molekuli emituju talase dužine 12,6 mm pri prelasku sa pobuđenog vibracionog nivoa na prizemni. U aprilu 1954. Townes i Gordon lansirali su prvi mikrotalasni kvantni generator na svijetu. Townes je ovaj uređaj nazvao maserom.

U Laboratoriji za oscilacije Fizičkog instituta Akademije nauka SSSR-a istom temom bavili su se viši istraživač Aleksandar Prohorov i njegov diplomirani student Nikolaj Basov. U maju 1952. godine, na Svesaveznoj konferenciji o radio spektroskopiji, sačinili su izvještaj o mogućnosti stvaranja kvantnog pojačala za mikrovalno zračenje koje bi radilo na snopu molekula istog amonijaka. Godine 1954., ubrzo nakon objavljivanja rada Townsa, Gordona i Zeigera, Prokhorov i Basov su objavili članak koji je dao teorijsko opravdanje za rad takvog uređaja. Townes, Basov i Prokhorov dobili su Nobelovu nagradu 1964. za svoja istraživanja.

Od mikrotalasne do svetla.

Budući da se valne dužine svjetlosti mjere u desetinkama mikrona, proizvodnja šupljinskog rezonatora ove veličine bila je nerealna. Vjerovatno je mogućnost generiranja svjetlosti pomoću makroskopskih rezonatora otvorenog ogledala prvi realizirao američki fizičar Robert Dicke, koji je u maju 1956. formalizirao ovu ideju u patentnoj prijavi. U septembru 1957. Townes je skicirao plan za takav generator u bilježnici i nazvao ga optički maser. Godinu dana kasnije, Towns je, zajedno sa Arturom Šavlovim i nezavisno od njih, Prohorovom, objavio radove koji sadrže teorijska opravdanja za ovu metodu generisanja koherentnog svetla.

Sam izraz "laser" nastao je mnogo ranije. Ova engleska skraćenica, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (doslovno prevedena kao "pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja", iako je još uvijek uobičajeno da se laseri nazivaju ne pojačavačima, već generatorima zračenja, zamjenom riječi pojačanje sa generiranjem daje se neizgovoriv zvuk kombinaciju lgser), došao je sa doktorandom Univerziteta Kolumbija Gordonom Gouldom, koji je samostalno izvršio detaljnu analizu metoda za dobijanje stimulisane emisije optičkog opsega.

Laseri.

Prvi radni laser došao je iz ruku Theodora Meimana, zaposlenika Hughes Aircraft Corporation, koji je odabrao rubin kao aktivni medij. Meiman je shvatio da atomi hroma odvojeni velikim prazninama mogu "sjati" ništa gore od atoma gasa. Da bi dobio optičku rezonancu, nanio je tanak sloj srebra na polirane paralelne krajeve cilindra od sintetičkog rubina. Cilindar je izradio Union Carbide po narudžbi, što im je trebalo pet mjeseci da završe. Meiman je postavio rubin stub u spiralnu cijev, koja daje sjajne bljeskove svjetlosti. 16. maja 1960. prvi laser na svijetu ispalio je svoj prvi zrak. A u decembru iste godine, helijum-neonski laser koji su kreirali Ali Javan, William Bennett i Donald Harriot lansiran je u Bell Labs.

Naučna vrijednost i praktična upotreba lasera bili su toliko očigledni da su ih hiljade naučnika i inženjera iz različitih zemalja odmah prihvatile. Godine 1961. pušten je u rad prvi laser od neodimijskog stakla, a za pet godina razvijeni su poluvodički laseri. laserske diode, laseri na organskim bojama, hemijski laseri, laseri na ugljen dioksid. Zhores Alferov i Herbert Kremer su 1963. samostalno razvili teoriju poluvodičkih heterostruktura, na osnovu koje su kasnije stvoreni mnogi laseri.

Kao što je već spomenuto, laseri su ušli u naše živote i prilično se dobro ustalili u njemu, zauzimajući dobru poziciju u mnogim područjima nauke i tehnologije.

Kao radna tela savremenih lasera koriste se supstance u različitim agregatnim stanjima: gasovi, tečnosti, čvrste materije.

Želim se fokusirati na gasne lasere i detaljnije proučiti laser čiji je aktivni medij mješavina helijuma i neona.

^ Princip rada lasera
Znamo da ako se atomu koji se nalazi na prizemnom nivou W 1 da energija, onda on može preći na jedan od pobuđenih nivoa (slika 1a). Naprotiv, pobuđeni atom može spontano (spontano) otići na jedan od nižih nivoa, pri čemu emituje određeni dio energije u obliku kvanta svjetlosti (slika 1b). Ako se emisija svjetlosti dogodi tokom prijelaza atoma sa energetskog nivoa Wm na energetski nivo Wn, tada je frekvencija emitirane (ili apsorbirane) svjetlosti

νmn = (Wm - Wn)/h.

Upravo se ti spontani procesi zračenja dešavaju u zagrijanim tijelima i svjetlećim plinovima. Zagrijavanje ili električno pražnjenje prenosi neke od atoma u pobuđeno stanje; prelazeći u niža stanja, emituju svetlost. U procesu spontanih prijelaza, atomi emituju svjetlost nezavisno jedan od drugog. Kvante svjetlosti nasumično emituju atomi u obliku talasnih nizova. Vozovi nisu vremenski usklađeni jedni sa drugima, tj. imaju drugačiju fazu. Stoga je spontana emisija nekoherentna.

Uz spontanu emisiju pobuđenog atoma, postoji i stimulirana (ili indukovana) emisija: pobuđeni atomi zrače pod djelovanjem vanjskog brzo promjenjivog elektromagnetno polje, kao što je svetlost. Ispada da pod uticajem spoljašnjih elektromagnetni talas atom emituje sekundarni val, u kojem se frekvencija, polarizacija, smjer širenja i faza potpuno poklapaju s parametrima vanjskog vala koji djeluje na atom. Postoji neka vrsta kopiranja spoljašnjeg talasa (slika 1c). Koncept stimulisane emisije u fiziku je uveo A. Ajnštajn 1916. Fenomen stimulisane emisije omogućava da se kontroliše emisija atoma pomoću elektromagnetnih talasa i na taj način se generiše i pojačava koherentna svetlost.
Da bi se ovo praktično uradilo, potrebno je tri uslova.

1. 
   Potrebna je rezonanca - podudarnost frekvencije upadne svjetlosti sa jednom od frekvencija ν mn spektra atoma. Za ispunjenje rezonantnog uslova pobrinula se sama priroda, budući da emisioni spektri identičnih atoma su apsolutno identični.
2. 
   Drugo stanje se odnosi na stanovništvo različitih nivoa. Uz stimulisanu emisiju svjetlosti od strane atoma u gornjem nivou W m , rezonantna apsorpcija se javlja i od strane atoma koji naseljavaju donji nivo W n . Atom koji se nalazi na donjem nivou W n apsorbuje kvant svetlosti, dok se kreće na gornji nivo W m .

Rezonantna apsorpcija sprječava stvaranje svjetlosti.

Hoće li sistem atoma generirati svjetlost ili ne ovisi o tome kojih atoma ima više u tvari. Da bi došlo do generisanja, potrebno je da broj atoma na gornjem nivou N m bude veći od broja atoma na nižem nivou N n između kojih dolazi do prelaza.

Naravno, možete koristiti samo par nivoa između kojih je prelaz moguć, jer nisu svi prelazi između bilo koja dva nivoa po prirodi dozvoljeni.

U prirodnim uslovima za više visoki nivo na bilo kojoj temperaturi ima manje čestica nego na nižoj. Stoga će u svakom tijelu, bez obzira koliko je jako zagrijano, apsorpcija svjetlosti prevladati nad zračenjem tokom prisilnih prijelaza.

Da bi se potaknulo stvaranje koherentne svjetlosti, potrebno je poduzeti posebne mjere kako bi gornji od dva odabrana nivoa bio naseljeniji od donjeg. Stanje materije u kojem je broj atoma na jednom od nivoa sa višom energijom veći od broja atoma na nivou sa nižom energijom naziva se aktivno stanje ili stanje sa inverzijom populacije (obrnutom).

Dakle, da bi se potaknulo stvaranje koherentne svjetlosti, potrebna je inverzija populacije za par nivoa, prijelaz između kojih odgovara frekvenciji generiranja.

1. 
   Treći problem koji treba riješiti da bi se napravio laser je problem povratne sprege. Da bi svjetlost kontrolirala emisiju atoma, potrebno je da dio emitirane svjetlosne energije uvijek ostane unutar radne tvari, da tako kažemo, za "reprodukciju", uzrokujući prisilnu emisiju svjetlosti od strane sve većeg broja novih atoma. To se radi uz pomoć ogledala. U najjednostavnijem slučaju, radna tvar se postavlja između dva ogledala, od kojih jedno ima koeficijent refleksije od oko 99,8%, a drugo (izlaz) - oko 97-98%, što se može postići samo upotrebom dielektričnih premaza. . Svjetlosni val emitiran na bilo kojem mjestu kao rezultat spontanog prijelaza atoma pojačava se zbog stimulirane emisije kada se širi kroz radnu tvar. Kada dođe do izlaznog ogledala, svjetlost će djelomično proći kroz njega. Ovaj dio svjetlosne energije emituje laser napolju i može se koristiti. Deo svetlosti, reflektovan od poluprozirnog izlaznog ogledala, stvara novu lavinu fotona. Ova lavina se neće razlikovati od prethodne zbog svojstava stimulisane emisije.

U ovom slučaju, kao iu svakom rezonatoru, uvjet rezonancije je zadovoljen samo za one valove za koje cijeli broj valnih dužina stane na dvostruku optičku putanju unutar rezonatora. Većina povoljnim uslovima zbrajaju se talasi koji se šire duž ose rezonatora, što obezbeđuje izuzetno visoku usmerenost laserskog zračenja.

Ispunjenje opisanih uslova je još uvijek nedovoljno za lasersku proizvodnju. Da bi došlo do stvaranja svjetlosti, povećanje aktivne tvari mora biti dovoljno veliko. Mora premašiti određenu vrijednost, koja se zove prag. Zaista, neka se rastane svjetlosni tok incident na izlaznom ogledalu se reflektuje nazad. Pojačanje na dvostrukoj udaljenosti između ogledala (jedan prolaz) treba biti takvo da svjetlosna energija koja se vraća izlaznom ogledalu nije manja od prethodnog puta. Tek tada će svjetlosni val početi rasti iz prolaza u prolaz. Ako to nije slučaj, onda će tokom drugog prolaza izlazno ogledalo dostići nižu energiju nego u prethodnom trenutku, tokom trećeg prolaza još nižu, itd. Proces slabljenja će se nastaviti sve dok se svjetlosni tok potpuno ne ugasi. Jasno je da što je niži koeficijent refleksije izlaznog ogledala, to radna supstanca mora imati veće granično pojačanje. Dakle, ogledala su na prvom mjestu na listi izvora gubitaka.
Dakle, hajde da ukratko formulišemo uslove neophodne za stvaranje izvora koherentne svetlosti:

• 
  potrebna vam je radna supstanca sa inverznom populacijom. Tek tada je moguće dobiti pojačanje svjetlosti zbog prisilnih prijelaza;
• 
  radnu tvar treba postaviti između ogledala koja daju povratnu informaciju;
• 
  pojačanje koje daje radna supstanca, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj materiji mora biti veći od granične vrednosti, koja zavisi od koeficijenta refleksije izlaznog ogledala.

Ako su ova tri uslova ispunjena, dobićemo sistem sposoban da generiše koherentnu svetlost, a zove se laser.
gasni laseri.
^

Gas nazivaju se laseri, u kojima je aktivni medij plin, mješavina nekoliko plinova ili mješavina plinova s ​​metalnom parom.

Karakteristike gasovitog aktivnog medija.

Medij u gasnim laserima ima nekoliko izuzetnih svojstava. Prije svega, samo plinoviti mediji mogu biti transparentni u širokom spektralnom rasponu od vakuumskog UV područja spektra do IR, u suštini mikrovalnog, opsega. Kao rezultat toga, plinski laseri rade u širokom rasponu valnih dužina.

Dalje. U poređenju sa čvrstim i tečnim materijama, gasovi imaju znatno manju gustinu i veću homogenost. Dakle, svjetlosni snop u gasu manji stepen iskrivljeno i rasuto. Ovo olakšava postizanje granice difrakcije divergencije laserskog zračenja. Pri niskoj gustoći, plinove karakterizira Doplerovo proširenje spektralnih linija, čija je vrijednost mala u poređenju sa širinom luminiscentne linije u kondenziranom mediju. To olakšava postizanje visoke monohromatnosti zračenja gasnih lasera.

Kao što je poznato, da bi se ispunili uslovi samopobude, dobitak u aktivnom mediju tokom jednog prolaza laserskog rezonatora mora biti veći od gubitaka. U gasovima, odsustvo nerezonantnih gubitaka energije direktno u aktivnom mediju olakšava ispunjenje ovog uslova. Tehnički je teško proizvesti ogledala sa gubicima znatno manjim od 1%. Stoga, dobitak mora biti veći od 1%. Relativna lakoća ispunjavanja ovog zahtjeva u plinovima, na primjer, povećanjem dužine aktivnog medija, objašnjava prisutnost veliki broj gasni laseri u širokom rasponu talasnih dužina. Istovremeno, niska gustina gasova sprečava da se dobije tako velika gustina pobuđenih čestica, što je karakteristično za čvrsta tela. Zbog toga je specifična izlazna energija gasnih lasera znatno niža nego kod lasera na kondenzovanu materiju.

Specifičnost gasova se takođe manifestuje u raznovrsnosti različitih fizičkih procesa koji se koriste za stvaranje inverzije populacije. To uključuje ekscitaciju tokom sudara u električnom pražnjenju, pobudu u gasnodinamičkim procesima, hemijsku ekscitaciju, optičko pumpanje (laserskim zračenjem) i pobudu elektronskim snopom.

U laseru, o čemu će biti više reči kasnije u ovom radu, pobuda se vrši električnim pražnjenjem.

^ Helijum neonski laser
Laser s helijum-neonskom mješavinom bio je prvi cw laser u kojem zračenje talasne dužine od 1,15 μm nastaje kao rezultat prijelaza između 2S i 2P nivoa u atomima Ne. Kasnije su drugi prijelazi u Ne korišteni za dobivanje laserske generacije na λ=0,6328 μm i na λ=3,39 μm. Akcija se može objasniti uz pomoć slike 3. U gasnoj mešavini koja obično sadrži helijum (1 mmHg) i neon (0,1 mmHg), stvara se jednosmerno ili visokofrekventno pražnjenje.

Fig.3
Elektroni ubrzani električnim poljem prenose atome helija u različita pobuđena stanja. Tokom normalne kaskadne relaksacije pobuđenih atoma u osnovno stanje, mnogi od njih se akumuliraju na dugovječnim metastabilnim nivoima 2(3)S 2(1)S čiji je životni vijek 10 -4 i 5*10 -6 sekundi, respektivno. Pošto se ovi metastabilni nivoi skoro poklapaju u energiji sa nivoima 2S i 3S u Ne, oni mogu preneti ekscitaciju na atome Ne. Biti u osnovnom stanju i razmjenjivati ​​energiju s njima. Mala razlika u energiji (≈400 cm -1 u slučaju 2S nivoa) se pretvara u kinetičku energiju atoma nakon sudara. Ovo je glavni mehanizam za pumpanje u He-Ne sistemu.

1. 
   Generacija na talasnoj dužini od 0,6328 μm. Gornji laserski nivo je jedan od nivoa 3S neona, dok donji pripada 2P grupi. Niži 2P nivo se radijativno raspada sa vremenskom konstantom od oko 10 -8 s. u dugovečno 1S stanje. Ovo vrijeme je mnogo kraće od životnog vijeka (10 -7 s) gornjeg 3S laserskog nivoa. Dakle, uslov za inverziju populacije u tranziciji 3S–2P je zadovoljen.

Važnost ima nivo 1S. Atomi se zadržavaju na njemu tokom radijacionih prelaza sa nižeg 2P laserskog nivoa zbog dugog veka trajanja ovog nivoa. Atomi u 1S stanju sudaraju se sa elektronima pražnjenja i pobuđuju se nazad na niži nivo 2P lasera. Ovo smanjuje inverziju. Atomi u 1S stanjima se opuštaju nazad u osnovno stanje uglavnom nakon sudara sa zidom cijevi za pražnjenje. Iz tog razloga, pojačanje na prijelazu od 0,6328 µm raste sa smanjenjem promjera cijevi.

1. 
   Generacija na talasnoj dužini od 1,15 μm. Gornji laserski nivo 2S neona se pumpa tokom rezonantnih (tj. uz očuvanje unutrašnje energije) sudara sa metastabilnim 2 3 S nivoom helijuma. Donji nivo je isti kao u slučaju generisanja na prelazu od 0,6328 μm, što takođe dovodi do zavisnosti populacije nivoa neona 1S od sudara sa zidovima.
2. 
   Generacija na talasnoj dužini od 3,39 μm. To je zbog 3S-3P prijelaza u neonskim atomima. Sada je gornji nivo lasera isti kao i tokom generisanja, na talasnoj dužini od 0,6328 μm. Na ovom prelazu, optičko pojačanje za mali signal 1 dostiže oko 50 dB/m. Ovaj veliki dobitak se dijelom objašnjava kratkim vijekom trajanja 3P nivoa, što omogućava stvaranje velike inverzije. Zbog visokog pojačanja na ovom prelazu, generisanje na talasnoj dužini od 3,39 µm sprečava generisanje na talasnoj dužini od 0,6328 µm. To je zato što se granični uvjeti prvo postižu za prijelaz od 3,39 µm. Jednom kada se to dogodi, zasićenje pojačanja počinje da ometa svako dalje povećanje populacije na nivou 3S. Kod lasera sa talasnom dužinom od 0,6328 μm to se bori uvođenjem dodatnih elemenata u optički snop, na primer staklenih ili kvarcnih Brewster prozora, koji snažno apsorbuju zračenje talasne dužine od 3,39 μm i prenose od 0,6328 μm. U ovom slučaju, nivo praga pumpanja za generisanje na λ=3,39 µm postaje veći od nivoa za generisanje na 0,6328 µm.

1) Govorimo o pojačavanju vrlo slabog talasa koji se širi kroz područje pražnjenja unutar laserske šupljine u jednom prolazu. Kod lasera, pojačanje prolaza se smanjuje zasićenjem dok ne bude jednako gubitku prolaza.

^ Helijum-neonski laser tip LG-36a.
U helijum-neonskom laseru, radna gasna mešavina se nalazi u cevi za gasno pražnjenje (slika 4), čija dužina može doseći 0,2-1 m.

Cijev je izrađena od visokokvalitetnog stakla ili kvarca. Proizvodna snaga u velikoj mjeri ovisi o promjeru cijevi. Povećanje promjera dovodi do povećanja volumena radne smjese, što doprinosi povećanju proizvodne snage. Međutim, kako se promjer cijevi povećava, temperatura elektrona plazme opada, što dovodi do smanjenja broja elektrona sposobnih da pobuđuju atome plina. Što u konačnici smanjuje proizvodnu snagu. Da bi se smanjili gubici, krajevi cijevi za pražnjenje plina zatvoreni su ravno-paralelnim pločama, koje nisu smještene okomito na os cijevi, već tako da normala na ovu ploču čini kut i B \u003d arctg n s cijevi osa (n je indeks loma materijala ploče), nazvana Brewsterov ugao. Posebnost refleksije elektromagnetnog talasa od međuprostora između različitih medija pod uglom i B široko se koristi u laserskoj tehnologiji. Postavljanje izlaznih prozora ćelije sa aktivnim medijumom pod Brewsterovim uglom jedinstveno određuje polarizaciju laserskog zračenja. Za zračenje polarizovano u ravni upada, gubici u rezonatoru su minimalni. Naravno, to je linearno polarizovano zračenje koje se uspostavlja u laseru i preovlađuje.

Cijev za pražnjenje plina smještena je u optički rezonator, koji je formiran od ogledala s interferentnim premazom. Ogledala su učvršćena u prirubnicama, čija konstrukcija omogućava da se ogledala rotiraju u dvije međusobno okomite ravni tokom podešavanja rotacijom vijaka za podešavanje. Uzbuđenje gasna mešavina se izvodi primjenom visokofrekventnog napona iz izvora napajanja na elektrode. Napajanje je generator visoke frekvencije koji stvara elektromagnetske oscilacije frekvencije od oko 30 MHz pri snazi ​​od nekoliko desetina vati.

Široka upotreba gasnih lasera jednosmerna struja na naponu od 1000-2000 V, dobijenom pomoću stabiliziranih ispravljača. U ovom slučaju, cijev za pražnjenje plina je opremljena grijanom ili hladnom katodom i anodom. Za paljenje pražnjenja u cijevi koristi se elektroda na koju se primjenjuje impulsni napon od oko 12 kV. Ovaj napon se dobija pražnjenjem kondenzatora od 1-2 mikrofarada primarni namotaj impulsni transformator.

Prednosti helijum-neonskih lasera su koherentnost njihovog zračenja, mala potrošnja energije (8-10 W) i mala velicina. Glavni nedostaci su niska efikasnost (0,01-0,1%) i niska izlazna snaga, koja ne prelazi 60 mW. Ovi laseri mogu raditi i u impulsnom režimu, ako se za pobudu koristi impulsni napon velike amplitude u trajanju od nekoliko mikrosekundi.
^ Primena helijum-neonskog lasera u medicini.
Kao što je već spomenuto, helijum-neonski laser ima široku primjenu. U ovom radu želim da razmotrim upotrebu ovog lasera u medicini. Naime, upotreba helijum-neonskog lasera za obnavljanje i poboljšanje ljudskih performansi.

Laseri se u medicini koriste više od 20 godina. Tokom ovog perioda, istraživanja korištenjem laserskog zračenja su se oblikovala u specijaliziranom području biomedicinske nauke, koje uključuje dva glavna područja: uništavanje tkiva patoloških žarišta relativno snažnim laserskim zračenjem i biostimulacijski efekti niskoenergetskog zračenja.

Istraživanja su pokazala da helijum-neonski laser deluje stimulativno na živi organizam, pomaže u čišćenju rana od mikroorganizama i ubrzava epitelizaciju, poboljšava funkcionalne parametre centralnog nervnog sistema i cerebralnu cirkulaciju kod pacijenata sa hipertenzijom; uzrokuje prestanak boli ili njihovo smanjenje kod pacijenata s osteohondrozo kralježnice.

Mnogi istraživači su pokazali da je energija koju donosi lasersko zračenje "potražna" u slučaju kada je to zbog potreba samoregulacije ljudskog stanja. To daje pravo vjerovati da lasersko zračenje nije iritantno, uzbudljivo, već ima normalizirajući karakter bez pinganja.

Razmotrimo detaljnije studiju koju je proveo kandidat medicinskih nauka, vanredni profesor T.I. Dolmatova, G.L. Shreiberg, kandidat bioloških nauka, vanredni profesor N.I. Blizanac Moskovske državne akademije fizičko vaspitanje Sveruski istraživački institut za fizičku kulturu. Djeluju lokalno laserski snop na biološki aktivnim tačkama (BAP) na površini tijela. Helijum-neonski laser na BAT korišten je u sportu za proučavanje procesa oporavka nakon fizičkog napora i posljedica zračenja. Lasersko zračenje je izvedeno aparatom AG-50, čija je talasna dužina 632 A, snaga zračenja 10 mV, površina zračenja 0,5 cm2; tačke ekspozicije - "he-gu" 2, "ju-san-li", vrijeme ekspozicije - 2,0 minuta za svaku simetričnu tačku, ukupno vrijeme ekspozicija - 10 min, postupak se provodio svakodnevno 10 dana.

Sportisti su zračeni helijum-neonskim laserom do fizička aktivnost. Petog dana su slavili bolji oporavak nakon opterećenja, bolje su podnijeli i trening sa velikim težinama. Do 10. dana izlaganja helijum-neonskom laseru zdravlje sportista je ostalo dobro, sa zadovoljstvom su trenirali i dobro podnosili opterećenja. Laserom su djelovali i u periodu oporavka, neposredno nakon vježbanja, studije su pokazale da je oporavak, opuštanje, dobar san nastupio brže nego bez izlaganja zračenju, došlo je do smanjenja broja otkucaja srca i smanjenja maksimalnog i minimalnog krvnog tlaka.

Tako je kod svih sportista koji su primili helijum-neonsko lasersko zračenje povećanje sportskih performansi tokom ciklusa treninga bilo izraženije, a oporavak je tekao mnogo bolje nego bez izlaganja zračenju.
2) He-gu tačka se nalazi na vrhu pregiba između stisnutog kažiprsta i palca.

^ Nekoliko informacija o modernim helijum-neonskim laserima.
Najčešće su zatvorene He-Ne plazma cijevi sa ugrađenim ogledalima i visokonaponskim izvorima napajanja. Laboratorijski He-Ne laseri sa vanjskim ogledalima također postoje i skupi su.
Talasne dužine:

• 
  Crvena 632,8 nm (zapravo izgleda kao narandžasto-crvena) je sada najčešća.
• 
  Narandžasta 611,9 nm
• 
  Žuta 594,1 nm
• 
  Zelena 543,5 nm
• 
  IR 1523,1 nm (takođe postoje, ali su manje efikasni i stoga skuplji za jednaku snagu zraka).

Kvalitet zraka:

Izuzetno visoka. Izlazno zračenje je dobro kolimirano bez dodatne optike i ima odličnu dužinu koherentnosti (od 10 cm do nekoliko metara ili više). Većina malih cijevi radi u jednom poprečnom modu (TEM00).
^ Izlazna snaga:

Od 0,5 do 35 mW (najčešći), ima 250 mW i više.
Neke namjene:

Tvornička postavka i mjerenja; brojanje i analiza krvnih stanica; medicinsko vođenje i posmatranje tokom operacija (za lasere velike snage); štampanje, skeniranje i digitalizacija visoke rezolucije; Skeneri barkodova; metrologija smetnji i mjerenje brzine; beskontaktna mjerenja i monitoring; opća optika i holografija; laserske emisije; Laserski disk i drugi mediji za pohranu podataka.
^ Cijena:

$25 do $5,000 ili više ovisno o veličini, kvaliteti, stanju (novo ili ne).
Prednosti:

Jeftino, dijelovi široko dostupni, pouzdani, dugotrajni.
Bibliografija:

1. 
   NV Karlov Predavanja o kvantnoj elektronici. 314s.
2. 
   A. S. Boreisho laseri: uređaj i akcija. Sankt Peterburg 1992. 214 str.
3. 
   A. Yariv Uvod u optičku elektroniku. “Gimnazija”, Moskva 1983. 398 str.
4. 
   Yu. V. Baiborodin Osnove laserske tehnologije. "Viša škola" 1988. 383 str.

6. Princip rada lasera Optičko pumpanje, brzina pumpanja. Aktivno okruženje.

7. Pojačanje i stanje samopobude generatora. Prag generacije.

8. Zračenje u rezonatoru. Modalna struktura polja.

9. Koeficijent disperzije i apsorpcije.

10. Einstein integralni koeficijenti.

11. Oblik i širina spektralne linije.

12. Životni vijek pobuđenih stanja. Radijativna relaksacija.

13. Mehanizmi za proširenje linija. Prirodni životni vijek i širina spektra spontane emisije.

14. Homogeno proširenje spektralne linije. Profil jednolikog proširenja linija.

15. Nehomogeno proširenje i kontura apsorpcione linije

16. Zasićenje u dvostepenom sistemu.

17. Zasićenje apsorpcije sa ravnomernim širenjem.

18. Zasićenje apsorpcije sa nehomogenim širenjem.

19. Laseri na bazi kondenzovanih medija. Opšti karakter. I sv.

20. Načini rada poluprovodničkih lasera.

21. Rubin laser. Princip rada i karakteristike proizvodnje.

22. Poluprovodnički laseri na heterostrukturama i njihove karakteristike generisanja.

23: Itrijum-aluminijum granat (YAG) laser. Struktura energetskih nivoa i karakteristike proizvodnje.

24. Poluprovodnički laseri. Princip rada, vrste poluvodičkih lasera. Spektralne i generacijske karakteristike.

25. Aleksandritni laser. Struktura energetskih nivoa i karakteristike proizvodnje.

26. Laseri za bojenje.

27. Helijum-neonski laser.

28. Jonski gasni laseri.Šema energetskih stanja i mehanizam za dobijanje inverzije u jonizovanom argonu.

29. Laseri na metalnu paru Opšte karakteristike i princip rada helijum-kadmijum lasera Parametri generisanja.

30. Laser na bakrenu paru.

31. Molekularni laseri. Opće karakteristike i vrste molekularnih lasera. CO2 laser. Parametri uređaja i proizvodnje.

32. Molekularni laseri u ultraljubičastom opsegu. N2 laser.

33. Excimer laseri. Mehanizam formiranja inverzije i laserski parametri eksimer lasera na halogenidima rijetkih plinova.

35. Gasnodinamički laseri. Princip rada i parametri proizvodnje.

36. Optički rezonatori, njihovi tipovi i svojstva.

37. Faktor kvaliteta i gubici rezonatora, broj pobuđenih modova. Modalne konfiguracije rezonatora.

38. Generalizirani sferni rezonator.

39. Disperzioni rezonatori i njihove karakteristike.

40. Nestabilni rezonatori. Coef. Dobici i gubici rezonatora.

41. Simetrični i teleskopski nestabilni rezonatori.

42. Hemijski laseri, njihovi tipovi i generacija. Parametri.

43. Laseri slobodnih elektrona i njihova svojstva.

45. Laserska teorija. Pragni uslovi za generisanje. Stacionarni način rada.

46. ​​Teorija lasera. Modulirani faktor kvaliteta. Nestacionarni način proizvodnje.

48. Režim sinhronizacije. Aktivno i pasivno zaključavanje načina rada.

27. Helijum-neonski laser.

Laser čiji je aktivni medij mješavina helijuma i neona. Helij-neonski laseri se često koriste u laboratorijskim eksperimentima i optici. Ima radnu talasnu dužinu od 632,8 nm, koja se nalazi u crvenom delu vidljivog spektra.

Radni medij helijum-neonskog lasera je mješavina helijuma i neona u omjeru 5:1, smještena u staklenoj tikvici pod niskim pritiskom (obično oko 300 Pa). Energija pumpe se napaja iz dva električna pražnječa napona od oko 1000 volti, koja se nalaze na krajevima tikvice. Rezonator takvog lasera se obično sastoji od dva zrcala - potpuno neprozirnog na jednoj strani sijalice i drugog, prolazeći kroz sebe oko 1% upadnog zračenja na izlaznoj strani uređaja. Helijum-neonski laseri su kompaktni. tipična veličina rezonatora je od 15 cm do 0,5 m, njihova izlazna snaga varira od 1 do 100 mW.

Princip rada: U plinskom pražnjenju u mješavini helijuma i neona formiraju se pobuđeni atomi oba elementa. Ispostavilo se da su energije metastabilnog nivoa helijuma 1S0 i nivoa zračenja neona 2p55s² približno jednake - 20,616 i 20,661 eV, respektivno. Prijenos pobude između ova dva stanja odvija se u sljedećem procesu: He* + Ne + ΔE → He + Ne* i njegova efikasnost se ispostavi da je vrlo velika (gdje (*) označava pobuđeno stanje, a ΔE je razlika u energetski nivoi dva atoma.) Nedostajuće 0,05 eV uzimaju se iz kinetičke energije kretanja atoma. Populacija nivoa 2p55s² neona se povećava i u određenom trenutku postaje veća od populacije osnovnog nivoa 2p53p². Pojavljuje se inverzija populacije nivoa - medijum postaje sposoban za lasersko generisanje.Kada atom neona pređe iz stanja 2p55s² u stanje 2p53p², emituje se zračenje talasne dužine od 632.816 nm. Stanje 2p53p atoma neona je takođe radiativno sa kratkim životnim vekom, i stoga se ovo stanje brzo deekscitira u sistem nivoa 2p53s, a zatim u osnovno stanje 2p6, bilo zbog emisije rezonantnog zračenja (nivoa zračenja 2p53s sistem), ili zbog sudara sa zidovima (metastabilni nivoi sistema 2p53s). pravi izboršupljina ogledala, lasersko generisanje se može dobiti i na drugim talasnim dužinama: isti nivo 2p55s² može ići na 2p54p² sa emisijom fotona talasne dužine od 3,39 μm, i nivo 2p54s², koji nastaje prilikom sudara sa drugim metastabilnim helijumom nivo, može ići na 2p53p², dok emituje foton sa talasnom dužinom od 1,15 μm. Takođe je moguće dobiti lasersko zračenje na talasnim dužinama od 543,5 nm (zeleno), 594 nm (žuto) ili 612 nm (narandžasto) GHz, što se objašnjava prisustvom Doplerovog pomaka. Ovo svojstvo čini helijum-neonske lasere dobrim izvorima zračenja za upotrebu u holografiji, spektroskopiji, a takođe i u čitačima bar kodova.