การแผ่รังสีเลเซอร์มีคุณสมบัติทางกายภาพดังต่อไปนี้:

1. การเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่และเชิงเวลาสูง ซึ่งหมายความว่าความสัมพันธ์ระหว่างเฟสบางอย่างระหว่างคลื่นแต่ละคลื่นจะคงอยู่เป็นระยะเวลาหนึ่ง ไม่เพียงแต่ ณ จุดที่กำหนดในอวกาศ แต่ยังระหว่างการแกว่งที่เกิดขึ้นที่จุดต่างๆ ด้วย ความสอดคล้องของกระบวนการนี้ทำให้สามารถโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับความยาวคลื่นของรังสีนี้ได้ สิ่งนี้ช่วยให้คุณเพิ่มความเข้มของลำแสงเลเซอร์ที่สูงอยู่แล้วได้

2. การแผ่รังสีเอกรงค์ที่เข้มงวด ช่วงความยาวคลื่น Δแล ที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์มีค่าประมาณ ~ 10 -15 ม. (โดยเฉลี่ย Δแล< 10 -11).

3. ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานสูง ตัวอย่างเช่น เลเซอร์นีโอไดเมียมสร้างพัลส์ด้วยระยะเวลา 3·10 -12 วินาทีและพลังงาน 75 J ซึ่งสอดคล้องกับกำลัง 2.5·10 13 W (กำลังของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Krasnoyarsk คือ 6·10 9 W )! สำหรับการเปรียบเทียบ เรายังสังเกตด้วยว่าความเข้มของแสงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกมีค่าเพียง 10 3 W/m 2 ในขณะที่ระบบเลเซอร์สามารถสร้างความเข้มได้ถึง 10 20 W/m 2

คุณสมบัติที่ผิดปกติของรังสีเลเซอร์สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้จริงอย่างกว้างขวาง ในอุตสาหกรรม เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการประมวลผล การตัด และการเชื่อมระดับไมโครของวัสดุแข็ง (เช่น การเจาะรูที่ปรับเทียบแล้วในเพชร) การตรวจจับข้อบกพร่องในการประมวลผลพื้นผิวด้วยความเร็วสูงและแม่นยำ ฯลฯ ในด้านวิทยาศาสตร์ การแผ่รังสีเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการศึกษา กลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีและได้รับสารบริสุทธิ์พิเศษ สำหรับการแยกไอโซโทปและการศึกษาพลาสมาที่อุณหภูมิสูง สำหรับการวัดระยะไกลที่แม่นยำเป็นพิเศษของการกระจัด ดัชนีการหักเหของแสง ความดัน และอุณหภูมิ (ในทางดาราศาสตร์) ความสอดคล้องกันสูงของรังสีเลเซอร์ทำให้สามารถใช้วิธีการบันทึกและฟื้นฟูภาพแบบใหม่โดยพื้นฐาน โดยอาศัยการรบกวนของคลื่นและการเลี้ยวเบน วิธีการรับภาพสามมิตินี้เรียกว่าโฮโลแกรม (จากคำภาษากรีก holos - ทั้งหมด) ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้ (รูปที่ 7): วางวัตถุ 2 ไว้ด้านหน้าหน้าจอตรวจจับแสง (โฟโตเพลท) 3. กระจกโปร่งแสง 4 จะแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นจุดอ้างอิง 7 และคลื่นสัญญาณ 8 คลื่นอ้างอิง 7 ซึ่งโฟกัสโดยเลนส์ 5 จะสะท้อนด้วยกระจก 6 โดยตรงบนแผ่นถ่ายภาพ คลื่นสัญญาณ 8 กระทบกับเครื่องตรวจจับแสงหลังจากการสะท้อนจากวัตถุ 2 เพราะ คลื่น 7 และ 8 มีความสอดคล้องกัน จากนั้นจึงทับซ้อนกัน ทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนบนแผ่นถ่ายภาพ หลังจากพัฒนาเครื่องตรวจจับแสงแล้วจะได้รับโฮโลแกรม - รูปแบบ "เชิงลบ" ของการรบกวนของการเพิ่มคลื่นแสงสองอันที่ต่อเนื่องกัน 7 และ 8

เมื่อโฮโลแกรมส่องสว่างด้วยคลื่นแสงที่เหมือนกับคลื่นอ้างอิงในมุมที่เหมาะสม การเลี้ยวเบนของคลื่น "การอ่าน" นี้จะเกิดขึ้นบน "ตะแกรงการเลี้ยวเบน" ซึ่งเป็นรูปแบบการรบกวนที่บันทึกไว้ในโฮโลแกรม เป็นผลให้ภาพของวัตถุที่ลงทะเบียนบนโฮโลแกรมได้รับการฟื้นฟู (สามารถสังเกตได้)

หากเครื่องตรวจจับแสงมีความหนาของชั้นแสงที่ไวต่อแสงซึ่งเทียบได้กับระยะห่างระหว่างขอบสัญญาณรบกวนที่อยู่ติดกัน จะได้โฮโลแกรมแบนสองมิติแบบธรรมดา แต่ถ้าความหนาของชั้นมากกว่าระยะห่างระหว่างขอบมาก ก็จะได้สามมิติ (ปริมาตร) ได้รับภาพแล้ว

นอกจากนี้ยังสามารถเรียกคืนภาพจากโฮโลแกรมปริมาตรในแสงสีขาว (แสงแดดหรือแสงของหลอดไส้ธรรมดา) - โฮโลแกรมนั้น "เลือก" จากสเปกตรัมต่อเนื่องของความยาวคลื่นที่สามารถคืนค่าภาพที่บันทึกบนโฮโลแกรมได้

ให้เราพิจารณาผลกระทบหลักของปฏิสัมพันธ์ของรังสีเลเซอร์กับสสารและวัตถุทางชีวภาพ

ผลกระทบจากความร้อน เมื่อรังสีเลเซอร์ถูกดูดซับโดยสสาร เนื้อเยื่อของมนุษย์ สัตว์ และพืช พลังงานส่วนสำคัญของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นความร้อน ในเนื้อเยื่อชีวภาพ การดูดซึมจะเกิดขึ้นแบบคัดเลือกเพราะว่า องค์ประกอบโครงสร้างที่รวมอยู่ในเนื้อผ้ามีดัชนีการดูดซึมและการสะท้อนที่แตกต่างกัน ผลกระทบทางความร้อนของการฉายรังสีด้วยเลเซอร์นั้นพิจารณาจากความเข้มของฟลักซ์แสงและระดับการดูดซึมของเนื้อเยื่อ ในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อจะคล้ายกับการเผาไหม้ อย่างไรก็ตามขอบเขตของพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในท้องถิ่นนั้นแตกต่างจากการเผาไหม้อย่างชัดเจน นี่เป็นเพราะส่วนตัดขวางที่เล็กมากของลำแสงเลเซอร์ ระยะเวลาในการรับแสงสั้น และการนำความร้อนของเนื้อเยื่อชีวภาพไม่ดี เอนไซม์ที่ไวต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมากที่สุดคือเอนไซม์ ซึ่งจะถูกทำลายเป็นลำดับแรกเมื่อถูกความร้อน ซึ่งจะทำให้ปฏิกิริยาทางชีวเคมีในเซลล์ช้าลง ด้วยความเข้มที่เพียงพอของการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ การแข็งตัวของโปรตีน (การสูญเสียสภาพที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้) และการทำลายเนื้อเยื่ออย่างสมบูรณ์อาจเกิดขึ้นได้

ผลกระทบผลกระทบ การสร้างความร้อนในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากลำแสงเลเซอร์จะเกิดขึ้นในล้านหรือร้อยล้านวินาที การระเหยของอนุภาคเนื้อเยื่อในทันทีและการขยายตัวเชิงปริมาตรอย่างรวดเร็วทำให้เกิดแรงดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเขตทำความร้อน เป็นผลให้คลื่นกระแทกปรากฏขึ้นในส่วนประกอบของเหลวของเซลล์และเนื้อเยื่อ ซึ่งแพร่กระจายด้วยความเร็วเหนือเสียง (~ 1,500 เมตร/วินาที) และอาจทำให้เกิดความเสียหายได้

ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า การแผ่รังสีเลเซอร์โดยธรรมชาติของมันคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า หากส่วนประกอบทางไฟฟ้าของสนามนี้มีขนาดใหญ่เพียงพอ การกระทำของลำแสงเลเซอร์จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนและการกระตุ้นของอะตอมและโมเลกุล ในเนื้อเยื่อชีวภาพ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การทำลายพันธะเคมีในโมเลกุลแบบเลือกสรร การก่อตัวของอนุมูลอิสระ และผลที่ตามมาคือกระบวนการทางพยาธิวิทยาต่างๆ ในสัตว์และมนุษย์ สันนิษฐานว่าสิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ทางเคมี การเกิดมะเร็ง และการแก่ชราทางชีวภาพ

คุณสมบัติของรังสีเลเซอร์ที่กล่าวข้างต้นและผลของอันตรกิริยากับเนื้อเยื่อชีวภาพเป็นตัวกำหนดความเป็นไปได้เฉพาะของการใช้เลเซอร์ในชีววิทยาเชิงทดลองและการแพทย์

ลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่ไมครอนกลายเป็นเครื่องมือวิจัยและการผ่าตัดระดับเซลล์ในระดับเซลล์ การฉายรังสีบางส่วนของโครโมโซมอาจทำให้พันธุกรรมเปลี่ยนแปลงได้ ลำแสงเลเซอร์ดังกล่าวทำให้สามารถแยกชิ้นส่วนแต่ละชิ้นออกจากโมเลกุลขนาดใหญ่และ "เย็บ" ชิ้นใหม่เข้าที่ การใช้เลเซอร์ทำให้สามารถแก้ปัญหาต่างๆ ในด้านเซลล์วิทยา เซลล์พันธุศาสตร์ คัพภวิทยา และวิทยาศาสตร์ชีวภาพในด้านอื่นๆ ได้ในทางเทคนิค

ขอบเขตหลักของการใช้เลเซอร์ในการแพทย์คือการผ่าตัด จักษุวิทยา และเนื้องอกวิทยา

ในการผ่าตัดจะใช้เลเซอร์ CO 2 ที่มีกำลัง 30 ÷ 100 W ซึ่งทำงานในโหมดต่อเนื่อง คุณสมบัติของลำแสงเลเซอร์ในการทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพรวมกับการแข็งตัวของโปรตีนทำให้สามารถผ่าโดยไม่ต้องใช้เลือด มีดผ่าตัดแบบเลเซอร์มีข้อดีมากกว่ามีดผ่าตัดแบบเดิมหลายประการ ปัญหาหลักของการผ่าตัดคือความเจ็บปวด เลือดออก และเป็นหมัน ปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ง่ายมากเมื่อใช้เลเซอร์: การแผ่รังสีเลเซอร์ซึ่งไม่เหมือนกับมีดผ่าตัดทั่วไป ไม่สามารถทำให้เกิดการติดเชื้อได้ แต่จะฆ่าเชื้อเนื้อเยื่อที่ผ่าออก แม้ว่าจะติดเชื้อจากหนองแล้วก็ตาม ไม่มีการสูญเสียเลือดเนื่องจากหลอดเลือดอุดตันทันทีด้วยเลือดที่เกาะเป็นก้อน มีดผ่าตัดเลเซอร์ไม่ออกแรงกดเชิงกลต่อเนื้อเยื่อ ซึ่งช่วยลดความรู้สึกเจ็บปวด นอกจากนี้ ด้วยความช่วยเหลือของกล้องเอนโดสโคปที่ทันสมัยและตัวนำทางแสงที่ยืดหยุ่น (ไฟเบอร์ออปติก) การแผ่รังสีเลเซอร์สามารถเข้าไปในโพรงภายในได้ ทำให้สามารถหยุดเลือดออกภายในและระเหยเป็นไอได้โดยไม่ต้องเปิดอวัยวะ เพื่อวัตถุประสงค์ในการผ่าตัด ประเทศของเราได้สร้างการติดตั้ง "Scalpel-1" (P = 30 W) และ "Romashka-1" (P = 100 W)

ในจักษุวิทยามีการใช้เลเซอร์ทับทิมแบบพัลส์ (ระยะเวลาพัลส์ 30 ÷ 70 ns; E = 0.1 ÷ 0.3 J) ซึ่งทำให้สามารถดำเนินการที่ซับซ้อนจำนวนหนึ่งได้โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของดวงตา: เชื่อมเรตินาที่แยกออก ไปที่คอรอยด์ (ophthalmocoagulator); การรักษาโรคต้อหินโดยเจาะรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50-100 นาโนเมตร ด้วยลำแสงเลเซอร์เพื่อระบายของเหลวเพื่อลดความดันในลูกตา การรักษาต้อกระจกบางประเภทและข้อบกพร่องของม่านตาอื่น ๆ สำหรับการรักษาโรคต้อหิน ได้มีการสร้างการติดตั้ง Yatagan-1

ในด้านเนื้องอกวิทยา การฉายรังสีเลเซอร์ใช้ในการตัดและทำลายเซลล์ของเนื้องอกที่เป็นเนื้อร้าย เมื่อทำลายเนื้องอกที่เป็นมะเร็งจะใช้การเลือกการดูดซึมของรังสีเลเซอร์โดยเนื้อเยื่อต่างๆ ตัวอย่างเช่น เนื้องอกที่มีเม็ดสีบางชนิด (เมลาโนมา, ฮีแมงจิโอมา) จะดูดซับรังสีเลเซอร์ได้เข้มข้นกว่าเนื้อเยื่อโดยรอบมาก ในเวลาเดียวกัน ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาด้วยความเร็วฟ้าผ่าในเนื้อเยื่อที่มีขนาดเล็กมากจนเกิดเป็นคลื่นกระแทก ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการทำลายเซลล์มะเร็ง ด้วยการเปิดรับแสงแบบพัลส์อุณหภูมิของเนื้อเยื่อที่ความลึก 4-5 มม. จะเพิ่มขึ้นเป็น 55-60 0 C เมื่อใช้เลเซอร์ที่ทำงานในโหมดต่อเนื่องอุณหภูมิสามารถเพิ่มเป็น 100 0 C การแผ่รังสีเลเซอร์แบบโฟกัสจะใช้เพื่อมีอิทธิพลต่อเนื้องอก (d = 1.5 ¨3 มม. บนพื้นผิวของวัตถุ) โดยมีความเข้ม I = 200 ۞ 900 W/cm 2

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการฉายรังสีเลเซอร์มีข้อดีมากกว่าการรักษาด้วยรังสีเอกซ์ที่ใช้ในการรักษามะเร็งผิวหนังหลายประการ กล่าวคือ ปริมาณรังสีจะลดลงอย่างมากและค่าใช้จ่ายลดลงหลายครั้ง การใช้รังสีที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งได้ (การรักษาด้วยเลเซอร์) เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้การติดตั้งเลเซอร์พิเศษ "Pulsator-1" หรือเลเซอร์อาร์กอนที่มีกำลังสูงถึง 1 W มะเร็งผิวหนังสามารถรักษาให้หายขาดได้ด้วยเลเซอร์ใน 97% ของกรณี

เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ เลเซอร์มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงกันและทิศทางการแผ่รังสีที่สูง การแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสง "ที่ไม่ใช่เลเซอร์" ไม่มีคุณสมบัติเหล่านี้ กำลังที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่ให้ความร้อนจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิ T ค่าฟลักซ์การแผ่รังสีสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับวัตถุที่มีสีดำสนิทคือ W = 5.7 × 10-12xT 4 W/cm 2 พลังงานการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเพิ่ม T และสำหรับ T ที่สูงจะถึงค่าที่สูงมาก ดังนั้น ทุก ๆ 1 ซม. 2 ของพื้นผิวดวงอาทิตย์ (T = 5800 K) จะปล่อยพลังงาน W = 6.4 × 10 3 W อย่างไรก็ตาม การแผ่รังสีจากแหล่งความร้อนจะกระจายไปในทุกทิศทางจากแหล่งกำเนิด การก่อตัวของลำแสงพุ่งตรงจากแหล่งกำเนิดดังกล่าวซึ่งดำเนินการโดยใช้ระบบไดอะแฟรมหรือระบบออพติคัลที่ประกอบด้วยเลนส์และกระจกจะมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงานเสมอ ไม่มีระบบออพติคัลใดที่ทำให้สามารถรับพลังงานรังสีบนพื้นผิวของวัตถุที่ถูกส่องสว่างได้มากกว่าในแหล่งกำเนิดแสงเอง

หากเปรียบเทียบความเข้มของการแผ่รังสีเลเซอร์กับความเข้มของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทในช่วงเวลาสเปกตรัมและเชิงมุมเดียวกัน ก็จะได้อุณหภูมิสูงอย่างน่าอัศจรรย์ ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่สามารถทำได้จริงของแหล่งกำเนิดแสงความร้อนหลายพันล้านเท่าหรือมากกว่า นอกจากนี้ การแผ่รังสีที่ต่างกันต่ำทำให้สามารถรวมพลังงานแสงในปริมาณที่น้อยมากโดยอาศัยระบบออปติกแบบเดิมได้ ทำให้เกิดความหนาแน่นของพลังงานมหาศาล ความสอดคล้องและทิศทางของการแผ่รังสีเปิดความเป็นไปได้ใหม่โดยพื้นฐานสำหรับการใช้ลำแสงโดยที่แหล่งกำเนิดแสงที่ไม่ใช่เลเซอร์ไม่สามารถใช้งานได้

ทิศทางของการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าในตัวสะท้อนกลับแบบเปิด มีเพียงคลื่นที่พุ่งไปตามแกนของตัวสะท้อนหรือในมุมที่เล็กมากเท่านั้นที่สามารถตื่นเต้นได้ ด้วยการเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่ในระดับสูง มุมที่แตกต่างของลำแสงเลเซอร์จึงสามารถทำให้ใกล้กับขีดจำกัดที่กำหนดโดยการเลี้ยวเบน ค่าทั่วไป ได้แก่: สำหรับเลเซอร์แก๊ส (0.5-5)x10 -3 เรเดียน สำหรับเลเซอร์โซลิดสเตต (2-20)x10 -3 เรเดียน สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (5-50)x10 -2 เรเดียน

นอกจากนี้ การแผ่รังสีของแหล่งความร้อนยังไม่ใช่แบบสีเดียว ซึ่งเติมเต็มช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมรังสีของดวงอาทิตย์ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต ช่วงที่มองเห็นได้ และช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด เพื่อเพิ่มเอกรงค์เดียวของการแผ่รังสี มีการใช้โมโนโครมาเตอร์ ซึ่งทำให้สามารถแยกบริเวณที่ค่อนข้างแคบออกจากสเปกตรัมต่อเนื่อง หรือใช้แหล่งกำเนิดแสงที่ปล่อยก๊าซความดันต่ำ ซึ่งสร้างเส้นสเปกตรัมแคบอะตอมหรือโมเลกุลที่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม ความเข้มของรังสีในเส้นสเปกตรัมจะต้องไม่เกินความเข้มของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท ซึ่งมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิการกระตุ้นของอะตอมและโมเลกุล ดังนั้น ในทั้งสองกรณี การแผ่รังสีแบบเอกรโครมาไนเซชันจึงเกิดขึ้นได้โดยมีการสูญเสียพลังงานจำนวนมหาศาล ยิ่งเส้นสเปกตรัมแคบลง พลังงานที่ปล่อยออกมาก็จะน้อยลง

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเลเซอร์และแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนทางแสงคือระดับความสอดคล้องกันของการแผ่รังสีเลเซอร์ในระดับสูง ด้วยการสร้างเลเซอร์ในช่วงแสงแหล่งกำเนิดรังสีปรากฏขึ้นคล้ายกับเครื่องกำเนิดสัญญาณที่สอดคล้องกันที่คุ้นเคยในช่วงวิทยุซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อการสื่อสารและการถ่ายโอนข้อมูลได้สำเร็จและในคุณสมบัติหลายประการ - ทิศทางการแผ่รังสีความถี่ในการส่ง ระดับเสียงต่ำ ความเข้มข้นของพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป และอื่นๆ - เหนือกว่าอุปกรณ์วิทยุคลาสสิก

ในกรณีของเลเซอร์ที่ทำงานในโหมดมัลติโหมด ความเป็นเอกรงค์จะสัมพันธ์กับจำนวนโหมดที่สร้างขึ้นและอาจมีขนาดหลายกิกะเฮิรตซ์ ในโหมดการทำงานแบบพัลส์ ความกว้างของเส้นต่ำสุดจะถูกจำกัดด้วยค่าผกผันของระยะเวลาพัลส์

ระดับเอกรงค์เดียวของการแผ่รังสีเลเซอร์จะกำหนดความหนาแน่นของพลังงานสเปกตรัมสูง ซึ่งเป็นความเข้มข้นของพลังงานแสงในระดับสูงในช่วงสเปกตรัมที่เล็กมาก การมีสีเดียวในระดับสูงช่วยให้โฟกัสรังสีเลเซอร์ได้ง่ายขึ้น เนื่องจากความคลาดเคลื่อนสีของเลนส์ไม่มีนัยสำคัญ การเชื่อมโยงกัน เลเซอร์มีระดับความสอดคล้องของรังสี ช่วงเวลา และเชิงพื้นที่ที่สูงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ

ปัจจุบัน เลเซอร์ครอบคลุมช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลตไปจนถึงคลื่นต่ำกว่ามิลลิเมตร ความสำเร็จครั้งแรกเกิดขึ้นในการสร้างเลเซอร์เอ็กซ์เรย์ และมีการสร้างเลเซอร์ที่ปรับความถี่ได้

เนื่องจากทิศทางแสงสูง แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จึงมีความสว่างสูงมาก ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างความเข้มของแสงที่สูงมากที่เป้าหมายได้ ดังนั้นเลเซอร์ฮีเลียมนีออนที่มีกำลังเพียง 10 mW และความแตกต่างของรังสี 3 × 10 -4 เรเดียนโดยมีพื้นที่ลำแสง 0.1 ซม. 2 มีความสว่าง 10 6 W / (ซม. 2 * สเตอเรเดียน) ซึ่งสูงกว่าความสว่างของดวงอาทิตย์หลายเท่า (130 วัตต์/(ซม. 2 สเตอเรเดียน))

คุณสมบัติที่ระบุไว้ข้างต้นทำให้เลเซอร์มีแหล่งกำเนิดแสงที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว และกำหนดความเป็นไปได้ในการใช้งานต่างๆ มากมาย

การออกแบบเลเซอร์และคุณสมบัติของการปล่อยแสงกระตุ้นจะกำหนดความแตกต่างระหว่างการแผ่รังสีเลเซอร์และการแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป การแผ่รังสีเลเซอร์ (LR) มีคุณสมบัติที่สำคัญดังต่อไปนี้

1. มีความสอดคล้องกันมากรังสีก็คือ มีความสอดคล้องกันสูงซึ่งเนื่องมาจากคุณสมบัติของสารกระตุ้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ในกรณีนี้ ไม่เพียงแต่การเชื่อมโยงกันชั่วคราวเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นอีกด้วย: ความแตกต่างของเฟสที่จุดสองจุดของระนาบที่ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายยังคงที่ (รูปที่ ก) (อันเป็นผลมาจากการเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่ การแผ่รังสีสามารถมุ่งความสนใจไปที่ ปริมาณน้อยมาก)

2. สีเดียวการแผ่รังสีเลเซอร์นั้น มีสีเดียวมากนั่นคือประกอบด้วยคลื่นที่มีความถี่เกือบเท่ากัน (โฟตอนมีพลังงานเท่ากัน) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการปล่อยก๊าซกระตุ้นนั้นเกี่ยวข้องกับการทำซ้ำของโฟตอน (โฟตอนที่ถูกกระตุ้นแต่ละโฟตอนจะคล้ายกับโฟตอนดั้งเดิมโดยสิ้นเชิง) ในกรณีนี้จะเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่คงที่ ความกว้างของเส้นสเปกตรัมคือ 0.01 นาโนเมตร ในรูป c แสดงการเปรียบเทียบแผนผังของความกว้างของเส้นเลเซอร์และลำแสงธรรมดา

ก่อนการกำเนิดของเลเซอร์ สามารถรับรังสีที่มีเอกรงค์ระดับหนึ่งได้โดยใช้อุปกรณ์ - โมโนโครมซึ่งแยกช่วงสเปกตรัมแคบ (แถบความยาวคลื่นแคบ) ออกจากสเปกตรัมต่อเนื่อง แต่พลังงานแสงในแถบดังกล่าวต่ำ

3. กำลังสูง.เมื่อใช้เลเซอร์ คุณสามารถให้พลังงานรังสีสีเดียวที่สูงมากได้ - สูงถึง 10 5 W ในโหมดต่อเนื่อง พลังของเลเซอร์พัลซิ่งนั้นสูงกว่าหลายระดับ นี่คือวิธีที่เลเซอร์นีโอไดเมียมสร้างพัลส์ด้วยพลังงาน อี= 75 J ซึ่งเป็นระยะเวลา ที= 3·10 –12 วิ พลังงานพัลส์จะเท่ากับ ร= อี/ที= 2.5 10 13 W (สำหรับการเปรียบเทียบ: ไฟฟ้าพลังน้ำ ร~ 10 9 วัตต์)

4. ความเข้มสูงในเลเซอร์พัลซิ่ง ความเข้มของการแผ่รังสีเลเซอร์จะสูงมากและสามารถเข้าถึงได้ ฉัน= 10 14 -10 16 วัตต์/ซม. 2 (เปรียบเทียบความเข้มของแสงอาทิตย์ใกล้พื้นผิวโลก ฉัน= 0.1 วัตต์/ซม.2)

5. ความสว่างสูงสำหรับเลเซอร์ที่ทำงานในช่วงที่มองเห็นได้ ความสว่างการแผ่รังสีเลเซอร์ (ความเข้มของแสงต่อหน่วยพื้นผิว) สูงมาก แม้แต่เลเซอร์ที่อ่อนแอที่สุดก็มีความสว่าง 10 15 cd/m2 (สำหรับการเปรียบเทียบ: ความสว่างของดวงอาทิตย์ ล~ 10 9 ซีดี/ตรม.)

6. ความดัน.เมื่อลำแสงเลเซอร์กระทบกับพื้นผิวก็มี ความดัน (p)ด้วยการดูดซับรังสีเลเซอร์ที่เกิดขึ้นในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวอย่างสมบูรณ์ จึงทำให้เกิดแรงดันขึ้น ร= ฉัน/s, ที่ไหน ฉัน– ความเข้มของรังสี กับ- ความเร็วแสงในสุญญากาศ ด้วยการสะท้อนกลับทั้งหมด ความดันจะสูงเป็นสองเท่า ที่ความเข้มข้น ฉัน= 10 14 วัตต์/ซม. 2 = 10 18 วัตต์/ซม. 2, ร= 3.3·10 9 Pa = 33000 เอทีเอ็ม

7. มุมที่แตกต่างเล็กน้อยในลำแสง การชนกันรังสีก็คือ คอลลิเมท,นั่นคือรังสีทั้งหมดในลำแสงแทบจะขนานกัน (รูปที่ 6) ในระยะไกล ลำแสงเลเซอร์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (สำหรับเลเซอร์ส่วนใหญ่ มุมที่แตกต่างคือ 1 อาร์คนาทีหรือน้อยกว่า) เนื่องจากมุมที่แตกต่างมีขนาดเล็ก ความเข้มของลำแสงเลเซอร์จึงลดลงเล็กน้อยตามระยะห่าง ทิศทางที่สูงทำให้สามารถส่งสัญญาณไปในระยะทางที่กว้างใหญ่โดยที่ความเข้มของสัญญาณลดลงเพียงเล็กน้อย

8. โพลาไรซ์รังสีเลเซอร์สมบูรณ์ โพลาไรซ์

หน่วยงานขนส่งทางรถไฟของรัฐบาลกลาง

งบประมาณของรัฐบาลกลาง

สถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาวิชาชีพ

"มหาวิทยาลัยการสื่อสารแห่งรัฐมอสโก"

สถาบันเทคโนโลยีและระบบควบคุมการขนส่ง

ภาควิชาเทคโนโลยีวิศวกรรมการขนส่งและการซ่อมรถขนของ

เรียงความ

ในสาขาวิชา: “วิธีการประมวลผลทางไฟฟ้าและเคมีไฟฟ้า”

หัวข้อ: “ประเภทและลักษณะของเลเซอร์”

การแนะนำ

การประดิษฐ์เลเซอร์ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่โดดเด่นที่สุดของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งศตวรรษที่ 20 เลเซอร์ตัวแรกปรากฏขึ้นในปี 1960 และการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์อย่างรวดเร็วก็เริ่มขึ้นทันที ในระยะเวลาอันสั้น เลเซอร์และอุปกรณ์เลเซอร์ประเภทต่างๆ ได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคเฉพาะ เลเซอร์ได้รับตำแหน่งที่แข็งแกร่งในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศแล้ว ดังที่นักวิชาการ เอ.พี. กล่าวไว้ อเล็กซานดรอฟ ตอนนี้เด็กผู้ชายทุกคนรู้จักคำว่าเลเซอร์แล้ว - แล้วเลเซอร์คืออะไร เหตุใดจึงน่าสนใจและมีประโยชน์? หนึ่งในผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์แห่งเลเซอร์ - อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม - นักวิชาการ N.G. Basov ตอบคำถามนี้ดังนี้: เลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่พลังงาน เช่น ความร้อน เคมี ไฟฟ้า จะถูกแปลงเป็นพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - ลำแสงเลเซอร์ ด้วยการแปลงดังกล่าว พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่สิ่งสำคัญคือพลังงานเลเซอร์ที่ได้นั้นมีคุณภาพสูงกว่าอย่างหาที่เทียบไม่ได้ คุณภาพของพลังงานเลเซอร์นั้นพิจารณาจากความเข้มข้นสูงและความสามารถในการส่งผ่านในระยะไกลที่สำคัญ ลำแสงเลเซอร์สามารถโฟกัสไปที่จุดเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตามลำดับความยาวคลื่นของแสง และสร้างความหนาแน่นของพลังงานซึ่งปัจจุบันเกินกว่าความหนาแน่นของพลังงานของการระเบิดของนิวเคลียร์

ด้วยความช่วยเหลือของรังสีเลเซอร์ จึงสามารถบรรลุค่าอุณหภูมิ ความดัน และความแรงของสนามแม่เหล็กสูงสุดได้แล้ว สุดท้ายแล้ว ลำแสงเลเซอร์เป็นตัวพาข้อมูลที่มีความจุมากที่สุด และในบทบาทนี้ ยังเป็นวิธีการใหม่ในการส่งผ่านและประมวลผลอีกด้วย - การใช้เลเซอร์อย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่อธิบายได้จากคุณสมบัติเฉพาะของการแผ่รังสีเลเซอร์ เลเซอร์เป็นตัวกำเนิดแสงที่สอดคล้องกัน แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ (เช่น หลอดไส้หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์) เลเซอร์สร้างรังสีออปติคัลซึ่งมีลำดับในระดับสูงในสนามแสง หรืออย่างที่พวกเขาพูดกันว่ามีความเชื่อมโยงกันในระดับสูง การแผ่รังสีดังกล่าวมีสีเดียวและมีทิศทางสูง ปัจจุบันนี้ เลเซอร์ประสบความสำเร็จในการทำงานในการผลิตสมัยใหม่ โดยสามารถรับมือกับงานที่หลากหลายได้ ลำแสงเลเซอร์ใช้ในการตัดผ้าและตัดเหล็กแผ่น เชื่อมตัวถังรถ และเชื่อมชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเจาะรูในวัสดุที่เปราะและแข็งเป็นพิเศษ นอกจากนี้ การประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความสามารถในการแข่งขันเมื่อเทียบกับการประมวลผลประเภทอื่นๆ การประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ทั้งกายภาพ เคมี และชีวภาพ กำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

คุณสมบัติที่น่าทึ่งของเลเซอร์ - ความเชื่อมโยงและทิศทางของการแผ่รังสีสูงเป็นพิเศษ ความสามารถในการสร้างคลื่นที่สอดคล้องกันที่มีความเข้มสูงในบริเวณที่มองเห็นได้ อินฟราเรด และอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ได้รับความหนาแน่นพลังงานสูงทั้งในโหมดต่อเนื่องและแบบพัลส์ - เมื่อรุ่งสาง ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้งานเลเซอร์ที่หลากหลายเพื่อการใช้งานจริง นับตั้งแต่ก่อตั้ง เทคโนโลยีเลเซอร์ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ เลเซอร์ประเภทใหม่ปรากฏขึ้นและในขณะเดียวกันก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น: มีการสร้างการติดตั้งเลเซอร์พร้อมชุดคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะต่างๆ เช่นเดียวกับอุปกรณ์ควบคุมลำแสงประเภทต่างๆ และเทคโนโลยีการวัดกำลังได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม และอื่น ๆ. นี่คือเหตุผลของการที่เลเซอร์เจาะลึกเข้าไปในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตเครื่องจักรกลและเครื่องมือ

ควรสังเกตเป็นพิเศษว่าการพัฒนาวิธีเลเซอร์หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งเทคโนโลยีเลเซอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสมัยใหม่ได้อย่างมาก เทคโนโลยีเลเซอร์ช่วยให้กระบวนการผลิตเป็นอัตโนมัติสมบูรณ์ที่สุด

ความสำเร็จของเทคโนโลยีเลเซอร์ในปัจจุบันนั้นยิ่งใหญ่และน่าประทับใจ พรุ่งนี้สัญญาว่าจะประสบความสำเร็จมากยิ่งขึ้น ความหวังมากมายเกี่ยวข้องกับเลเซอร์ ตั้งแต่การสร้างภาพยนตร์สามมิติไปจนถึงการแก้ปัญหาระดับโลก เช่น การสร้างการสื่อสารด้วยแสงระยะไกลทั้งภาคพื้นดินและใต้น้ำ ไขปริศนาของการสังเคราะห์ด้วยแสง การนำปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมไปใช้ การเกิดขึ้นของระบบที่มีปริมาณมาก ของหน่วยความจำและอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตข้อมูลความเร็วสูง

1. การจำแนกประเภทของเลเซอร์

เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะระหว่างเลเซอร์สองประเภท: แอมพลิฟายเออร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การแผ่รังสีเลเซอร์จะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เมื่อรับสัญญาณขนาดเล็กที่ความถี่การเปลี่ยนผ่านที่อินพุต (และตัวมันเองอยู่ในสถานะตื่นเต้นแล้ว) มันเป็นสัญญาณที่กระตุ้นอนุภาคที่ตื่นเต้นให้ปล่อยพลังงาน เกิดความรุนแรงเหมือนหิมะถล่ม ดังนั้นจึงมีรังสีอ่อนที่อินพุต และรังสีขยายที่เอาต์พุต ด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถานการณ์จะแตกต่างออกไป การแผ่รังสีที่ความถี่การเปลี่ยนผ่านไม่ได้ถูกส่งไปยังอินพุตอีกต่อไป แต่สารออกฤทธิ์จะตื่นเต้นและยิ่งไปกว่านั้นคือตื่นเต้นมากเกินไป ยิ่งกว่านั้นหากสารออกฤทธิ์อยู่ในสถานะตื่นเต้นมากเกินไป ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของอนุภาคตั้งแต่หนึ่งอนุภาคขึ้นไปจากระดับบนไประดับล่างจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

วิธีที่สองในการจำแนกประเภทเลเซอร์นั้นสัมพันธ์กับสถานะทางกายภาพของสารออกฤทธิ์ จากมุมมองนี้ เลเซอร์อาจเป็นของแข็ง (เช่น ทับทิม แก้ว หรือแซฟไฟร์) ก๊าซ (เช่น ฮีเลียม-นีออน อาร์กอน ฯลฯ) ของเหลว หากใช้จุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์เป็นสารออกฤทธิ์ จากนั้นเลเซอร์จะเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์

แนวทางที่สามในการจำแนกประเภทเกี่ยวข้องกับวิธีการกระตุ้นสารออกฤทธิ์ เลเซอร์ต่อไปนี้มีความโดดเด่น: ด้วยการกระตุ้นเนื่องจากการแผ่รังสีแสง, ด้วยการกระตุ้นโดยการไหลของอิเล็กตรอน, ด้วยการกระตุ้นโดยพลังงานแสงอาทิตย์, ด้วยการกระตุ้นเนื่องจากพลังงานของสายไฟที่ระเบิด, ด้วยการกระตุ้นด้วยพลังงานเคมี, ด้วยการกระตุ้นโดยใช้รังสีนิวเคลียร์ เลเซอร์ยังมีความโดดเด่นด้วยธรรมชาติของพลังงานที่ปล่อยออกมาและองค์ประกอบของสเปกตรัม หากพลังงานถูกปล่อยออกมาเป็นจังหวะ ก็จะเรียกว่าเลเซอร์แบบพัลส์ หากเป็นพลังงานแบบต่อเนื่อง เลเซอร์จะเรียกว่าเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังมีเลเซอร์แบบผสม เช่น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ หากการแผ่รังสีเลเซอร์มีความเข้มข้นในช่วงความยาวคลื่นแคบ เลเซอร์จะเรียกว่าเลเซอร์สีเดียว หากมีความเข้มข้นในช่วงกว้าง เลเซอร์จะเรียกว่าเลเซอร์บรอดแบนด์

การจำแนกประเภทอีกประเภทหนึ่งขึ้นอยู่กับแนวคิดเรื่องกำลังขับ เลเซอร์ที่มีกำลังเอาต์พุตต่อเนื่อง (เฉลี่ย) มากกว่า 106 W เรียกว่าเลเซอร์กำลังสูง ด้วยกำลังเอาท์พุตในช่วง 105...103 W เรามีเลเซอร์กำลังปานกลาง หากกำลังขับน้อยกว่า 10-3 W แสดงว่าเลเซอร์กำลังต่ำ

ขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวสะท้อนกระจกแบบเปิด ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเลเซอร์ Q คงที่และเลเซอร์ Q-switched - ในเลเซอร์ดังกล่าว กระจกตัวใดตัวหนึ่งสามารถวางได้โดยเฉพาะบนแกนของมอเตอร์ไฟฟ้าที่หมุน กระจกบานนี้ ในกรณีนี้ปัจจัยด้านคุณภาพของตัวสะท้อนจะเปลี่ยนจากศูนย์เป็นค่าสูงสุดเป็นระยะ เลเซอร์นี้เรียกว่าเลเซอร์ Q-modulated

2. ลักษณะเลเซอร์

คุณลักษณะอย่างหนึ่งของเลเซอร์คือความยาวคลื่นของพลังงานที่ปล่อยออกมา ช่วงความยาวคลื่นของการแผ่รังสีเลเซอร์ขยายจากบริเวณรังสีเอกซ์ไปจนถึงอินฟราเรดไกล เช่น ตั้งแต่ 10-3 ถึง 102 ไมครอน เกินขอบเขต 100 ไมโครเมตร หากพูดโดยนัยแล้ว ดินบริสุทธิ์ - แต่มันขยายไปถึงพื้นที่มิลลิเมตรเท่านั้นซึ่งควบคุมโดยผู้ดำเนินการวิทยุ พื้นที่ที่ยังไม่ได้รับการพัฒนานี้หดตัวลงอย่างต่อเนื่องและหวังว่าการพัฒนาจะแล้วเสร็จในอนาคตอันใกล้นี้ ส่วนแบ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทต่างๆไม่เหมือนกัน เครื่องกำเนิดควอนตัมแก๊สมีช่วงกว้างที่สุด

ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเลเซอร์คือพลังงานพัลส์ มีหน่วยวัดเป็นจูลและมีค่าสูงสุดในเครื่องกำเนิดโซลิดสเตต - ประมาณ 103 J ลักษณะที่สามคือกำลัง เครื่องกำเนิดก๊าซที่ปล่อยก๊าซอย่างต่อเนื่องมีกำลังตั้งแต่ 10-3 ถึง 102 วัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามิลลิวัตต์ใช้ส่วนผสมของฮีเลียม-นีออนเป็นสื่อกลางที่ออกฤทธิ์ เครื่องกำเนิด CO2 มีกำลังไฟประมาณ 100 วัตต์ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโซลิดสเตต การพูดถึงพลังงานมีความหมายพิเศษ ตัวอย่างเช่น หากเรารับพลังงานที่แผ่ออกมา 1 J ซึ่งมีความเข้มข้นในช่วงเวลาหนึ่งวินาที พลังงานก็จะเป็น 1 W แต่ระยะเวลาการแผ่รังสีของเครื่องกำเนิดทับทิมคือ 10-4 วินาที ดังนั้นพลังงานคือ 10,000 W นั่นคือ 10 กิโลวัตต์ หากระยะเวลาพัลส์ลดลงเหลือ 10-6 วินาทีโดยใช้ออปติคอลชัตเตอร์ กำลังไฟ 106 W เช่น เมกะวัตต์ นี่ไม่ใช่ขีดจำกัด! คุณสามารถเพิ่มพลังงานเป็นพัลส์เป็น 103 J และลดระยะเวลาเป็น 10-9 วินาที จากนั้นพลังงานจะถึง 1,012 W และนี่คือพลังมากมาย เป็นที่ทราบกันว่าเมื่อความเข้มของลำแสงถึง 105 W/cm2 บนโลหะ โลหะจะเริ่มละลาย ที่ความเข้มข้น 107 W/cm2 โลหะจะเริ่มเดือด และที่ 109 W/cm2 การแผ่รังสีเลเซอร์จะเริ่มไอออไนซ์อย่างรุนแรง ของสารให้กลายเป็นพลาสมา

ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเลเซอร์คือความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์ เลเซอร์แก๊สมีลำแสงที่แคบที่สุด มันเป็นค่าของหลายนาทีอาร์ค ความแตกต่างของลำแสงของเลเซอร์โซลิดสเตตอยู่ที่ประมาณ 1...3 องศาเชิงมุม เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีรูรับแสงเป็นกลีบ: ในระนาบหนึ่งประมาณหนึ่งองศาในอีกระนาบหนึ่ง - ประมาณ 10...15 องศาเชิงมุม

คุณลักษณะที่สำคัญถัดไปของเลเซอร์คือช่วงความยาวคลื่นที่รังสีมีความเข้มข้น กล่าวคือ สีเดียว เลเซอร์แก๊สมีสีเดียวที่สูงมากคือ 10-10 เช่น สูงกว่าหลอดปล่อยก๊าซซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เป็นมาตรฐานความถี่อย่างมาก เลเซอร์โซลิดสเตต และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ มีช่วงความถี่ที่สำคัญในการแผ่รังสี กล่าวคือ ไม่ได้มีสีเดียวมากนัก

คุณลักษณะที่สำคัญมากของเลเซอร์คือประสิทธิภาพ สำหรับโซลิดสเตตจะมีช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 3.5% สำหรับก๊าซ 1...15% สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ 40...60% ในเวลาเดียวกัน มีการใช้มาตรการที่เป็นไปได้ทั้งหมดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเลเซอร์ เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำทำให้จำเป็นต้องทำให้เลเซอร์เย็นลงที่อุณหภูมิ 4...77 K และทำให้การออกแบบอุปกรณ์ยุ่งยากในทันที

2.1 เลเซอร์โซลิดสเตต

เลเซอร์โซลิดสเตตแบ่งออกเป็นเลเซอร์แบบพัลซิ่งและเลเซอร์ต่อเนื่อง ในบรรดาเลเซอร์พัลซิ่งอุปกรณ์ที่ใช้แก้วทับทิมและนีโอไดเมียมนั้นพบได้บ่อยกว่า ความยาวคลื่นของเลเซอร์นีโอดิเมียมคือ l = 1.06 µm อุปกรณ์เหล่านี้เป็นแท่งที่ค่อนข้างใหญ่ซึ่งมีความยาวถึง 100 ซม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4-5 ซม. พลังงานพัลส์ของการสร้างแท่งดังกล่าวคือ 1,000 J ใน 10-3 วินาที

เลเซอร์ทับทิมยังโดดเด่นด้วยพลังพัลส์สูงด้วยระยะเวลา 10-3 วินาทีพลังงานของมันคือหลายร้อยจูล อัตราการทำซ้ำของพัลส์สามารถเข้าถึงได้หลาย kHz

เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่มีชื่อเสียงที่สุดผลิตจากแคลเซียมฟลูออไรต์ที่มีส่วนผสมของดิสโพรเซียมและเลเซอร์บนโกเมนอิตเทรียม-อะลูมิเนียม ซึ่งมีอะตอมของโลหะหายากเจือปนอยู่ ความยาวคลื่นของเลเซอร์เหล่านี้อยู่ในช่วง 1 ถึง 3 ไมครอน กำลังพัลส์จะอยู่ที่ประมาณ 1 W หรือเศษส่วน เลเซอร์โกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียมสามารถให้พลังงานพัลส์ได้สูงถึงหลายสิบวัตต์

ตามกฎแล้ว เลเซอร์โซลิดสเตตจะใช้โหมดเลเซอร์มัลติโหมด การเลเซอร์แบบโหมดเดียวสามารถทำได้โดยการแนะนำองค์ประกอบที่เลือกเข้าไปในคาวิตี้ การตัดสินใจครั้งนี้มีสาเหตุมาจากพลังงานรังสีที่สร้างขึ้นลดลง

ความยากในการผลิตเลเซอร์โซลิดสเตตอยู่ที่ความจำเป็นในการสร้างผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่หรือหลอมแก้วใสตัวอย่างขนาดใหญ่ ความยากลำบากเหล่านี้ได้รับการแก้ไขด้วยการผลิตเลเซอร์เหลว โดยที่ตัวกลางที่ทำงานอยู่จะแสดงเป็นของเหลวซึ่งนำธาตุหายากเข้าไป อย่างไรก็ตาม เลเซอร์เหลวมีข้อเสียหลายประการซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน

2.2 เลเซอร์เหลว

เลเซอร์เหลวเรียกว่าเลเซอร์ที่มีตัวกลางแอคทีฟที่เป็นของเหลว ข้อได้เปรียบหลักของอุปกรณ์ประเภทนี้คือความสามารถในการไหลเวียนของของเหลวและทำให้เย็นลง เป็นผลให้สามารถรับพลังงานได้มากขึ้นทั้งในโหมดพัลซิ่งและต่อเนื่อง

เลเซอร์เหลวตัวแรกถูกผลิตขึ้นโดยใช้คีเลตของธาตุหายาก ข้อเสียของเลเซอร์เหล่านี้คือพลังงานที่ได้ในระดับต่ำและความไม่เสถียรทางเคมีของคีเลต เป็นผลให้ไม่ได้ใช้เลเซอร์เหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์โซเวียตเสนอให้ใช้ของเหลวออกฤทธิ์อนินทรีย์ในตัวกลางเลเซอร์ เลเซอร์ที่ใช้เลเซอร์เหล่านี้มีความโดดเด่นด้วยพลังงานพัลส์สูงและให้ตัวบ่งชี้พลังงานโดยเฉลี่ย เลเซอร์เหลวที่ใช้ตัวกลางแอคทีฟดังกล่าวสามารถสร้างรังสีด้วยสเปกตรัมความถี่แคบได้

เลเซอร์เหลวอีกประเภทหนึ่งคืออุปกรณ์ที่ทำงานบนสารละลายของสีย้อมอินทรีย์ ซึ่งมีเส้นเรืองแสงสเปกตรัมกว้าง เลเซอร์ดังกล่าวสามารถปรับความยาวคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาได้อย่างต่อเนื่องในช่วงกว้าง เมื่อทำการเปลี่ยนสี สเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมดและอินฟราเรดบางส่วนจะถูกปกคลุมไปด้วย แหล่งกำเนิดปั๊มในอุปกรณ์ดังกล่าวมักจะเป็นเลเซอร์โซลิดสเตต แต่เป็นไปได้ที่จะใช้หลอดไฟแก๊สที่ให้แสงสีขาวกะพริบสั้น ๆ (น้อยกว่า 50 μวินาที)

2.3 เลเซอร์แก๊ส

มีหลายพันธุ์ หนึ่งในนั้นคือเลเซอร์โฟโตดิสโซซิเอชั่น ใช้ก๊าซซึ่งโมเลกุลภายใต้อิทธิพลของการสูบฉีดด้วยแสง จะแยกตัว (แตกตัว) ออกเป็นสองส่วน โดยส่วนหนึ่งอยู่ในสถานะตื่นเต้นและใช้สำหรับรังสีเลเซอร์

เลเซอร์แก๊สกลุ่มใหญ่ประกอบด้วยเลเซอร์ปล่อยก๊าซ ซึ่งสื่อที่ใช้งานอยู่คือก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์ (ความดัน 1-10 มม. ปรอท) และการปั๊มจะดำเนินการโดยการปล่อยไฟฟ้าซึ่งอาจเรืองแสงหรือส่วนโค้งและถูกสร้างขึ้น โดยไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง (10 -50 MHz)

เลเซอร์ปล่อยก๊าซมีหลายประเภท ในเลเซอร์ไอออน การแผ่รังสีเกิดจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนระหว่างระดับพลังงานไอออน ตัวอย่างคือเลเซอร์อาร์กอน ซึ่งใช้การปล่อยอาร์กกระแสตรง

เลเซอร์ทรานซิชันอะตอมถูกสร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนระหว่างระดับพลังงานของอะตอม เลเซอร์เหล่านี้ผลิตรังสีที่มีความยาวคลื่น 0.4-100 ไมครอน ตัวอย่างคือเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนที่ทำงานบนส่วนผสมของฮีเลียมและนีออนภายใต้ความดันประมาณ 1 มม. ปรอท ศิลปะ. สำหรับการสูบน้ำจะใช้การปล่อยแสงซึ่งสร้างขึ้นโดยแรงดันไฟฟ้าคงที่ประมาณ 1,000 V

เลเซอร์ปล่อยก๊าซยังรวมถึงเลเซอร์โมเลกุลด้วย ซึ่งการแผ่รังสีเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างระดับพลังงานของโมเลกุล เลเซอร์เหล่านี้มีช่วงความถี่กว้างซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.2 ถึง 50 µm

เลเซอร์โมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ที่พบมากที่สุด (เลเซอร์ CO2) สามารถผลิตพลังงานได้สูงถึง 10 kW และมีประสิทธิภาพสูงพอสมควรประมาณ 40% สิ่งเจือปนของไนโตรเจน ฮีเลียม และก๊าซอื่นๆ มักจะถูกเติมลงในคาร์บอนไดออกไซด์หลัก สำหรับการสูบน้ำจะใช้การปล่อยแสงกระแสตรงหรือความถี่สูง เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ผลิตรังสีที่มีความยาวคลื่นประมาณ 10 ไมครอน มันถูกแสดงไว้ในแผนผังในรูป 1.

ข้าว. 1 - หลักการของเลเซอร์ CO2

เลเซอร์ CO2 ชนิดหนึ่งเป็นแบบแก๊สไดนามิก ในนั้นประชากรผกผันที่จำเป็นสำหรับการแผ่รังสีเลเซอร์นั้นเกิดขึ้นได้เนื่องจากก๊าซซึ่งถูกอุ่นไว้ที่ 1,500 K ที่ความดัน 20-30 atm เข้าไปในห้องทำงานซึ่งมันจะขยายตัวและอุณหภูมิและความดันจะลดลงอย่างรวดเร็ว เลเซอร์ดังกล่าวสามารถผลิตรังสีต่อเนื่องด้วยกำลังสูงถึง 100 กิโลวัตต์

เลเซอร์ระดับโมเลกุลประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าเลเซอร์เอ็กไซเมอร์ ซึ่งตัวกลางในการทำงานคือก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ซีนอน คริปทอน ฯลฯ) หรือผสมกับคลอรีนหรือฟลูออรีน ในเลเซอร์ดังกล่าวการปั๊มไม่ได้กระทำโดยการปล่อยกระแสไฟฟ้า แต่โดยการไหลของอิเล็กตรอนเร็วที่เรียกว่า (ด้วยพลังงานหลายร้อย keV) คลื่นที่ปล่อยออกมานั้นสั้นที่สุด เช่น 0.126 ไมครอน สำหรับเลเซอร์อาร์กอน

สามารถรับพลังการแผ่รังสีที่สูงขึ้นได้โดยการเพิ่มแรงดันแก๊สและการใช้การปั๊มโดยใช้รังสีไอออไนซ์ร่วมกับสนามไฟฟ้าภายนอก รังสีไอออไนซ์เป็นกระแสของอิเล็กตรอนเร็วหรือรังสีอัลตราไวโอเลต เลเซอร์ดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรไลเซชันหรือเลเซอร์แก๊สอัด เลเซอร์ประเภทนี้จะแสดงตามแผนผังในรูป 2.

ข้าว. 2 - การสูบน้ำด้วยไฟฟ้าไอออน

โมเลกุลของก๊าซที่ถูกกระตุ้นโดยใช้พลังงานของปฏิกิริยาเคมีจะถูกสร้างขึ้นในเลเซอร์เคมี ที่นี่มีการใช้ส่วนผสมของก๊าซที่ออกฤทธิ์ทางเคมีบางชนิด (ฟลูออรีน คลอรีน ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนคลอไรด์ ฯลฯ) ปฏิกิริยาเคมีในเลเซอร์ดังกล่าวจะต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับการเร่งความเร็วจะใช้สารเคมีพิเศษซึ่งได้มาจากการแยกตัวของโมเลกุลก๊าซภายใต้อิทธิพลของรังสีแสงหรือการปล่อยกระแสไฟฟ้าหรือลำอิเล็กตรอน ตัวอย่างของเลเซอร์เคมีคือเลเซอร์ที่ใช้ส่วนผสมของฟลูออรีน ไฮโดรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์

เลเซอร์ชนิดพิเศษคือเลเซอร์พลาสม่า สารออกฤทธิ์ที่อยู่ในนั้นคือพลาสมาไอออไนซ์สูงของไอระเหยของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (แมกนีเซียม, แบเรียม, สตรอนเซียม, แคลเซียม) สำหรับการไอออไนซ์จะใช้พัลส์กระแสที่มีแรงสูงถึง 300 A ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 20 kV ระยะเวลาชีพจร 0.1-1.0 μs การแผ่รังสีของเลเซอร์ดังกล่าวมีความยาวคลื่น 0.41-0.43 ไมครอน แต่ก็สามารถอยู่ในบริเวณอัลตราไวโอเลตได้เช่นกัน

2.4 เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

แม้ว่าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะเป็นโซลิดสเตต แต่โดยปกติแล้วจะจัดอยู่ในกลุ่มพิเศษ ในเลเซอร์เหล่านี้ การแผ่รังสีที่สอดคล้องกันเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากขอบล่างของแถบการนำไฟฟ้าไปยังขอบด้านบนของแถบเวเลนซ์ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีสองประเภท อันแรกมีเวเฟอร์ของเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ซึ่งถูกปั๊มด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเร็วที่มีพลังงาน 50-100 keV การปั๊มด้วยแสงก็เป็นไปได้เช่นกัน แกลเลียมอาร์เซไนด์ GaAs, แคดเมียมซัลไฟด์ CdS หรือแคดเมียมซีลีไนด์ CdSe ถูกใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ การปั๊มด้วยลำแสงอิเล็กตรอนทำให้เกิดความร้อนสูงของเซมิคอนดักเตอร์ ส่งผลให้การแผ่รังสีเลเซอร์ลดลง ดังนั้นเลเซอร์ดังกล่าวจึงต้องมีการระบายความร้อนที่ดี ตัวอย่างเช่น เลเซอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์มักจะเย็นลงที่อุณหภูมิ 80 เคลวิน

การสูบน้ำด้วยลำอิเล็กตรอนสามารถเป็นแนวขวาง (รูปที่ 3) หรือแนวยาว (รูปที่ 4) ในระหว่างการปั๊มตามขวาง ใบหน้าทั้งสองที่ตรงข้ามกันของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์จะถูกขัดเงา และทำหน้าที่เป็นกระจกของเครื่องสะท้อนแสง ในกรณีของการสูบน้ำตามยาวจะใช้กระจกมองข้าง ด้วยการปั๊มตามยาว การระบายความร้อนของเซมิคอนดักเตอร์จะดีขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างของเลเซอร์ดังกล่าวคือเลเซอร์แคดเมียมซัลไฟด์ซึ่งสร้างรังสีที่มีความยาวคลื่น 0.49 μm และมีประสิทธิภาพประมาณ 25%

ข้าว. 3 - การสูบน้ำตามขวางด้วยลำอิเล็กตรอน

ข้าว. 4 - การสูบน้ำตามยาวด้วยลำอิเล็กตรอน

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ประเภทที่สองคือเลเซอร์ฉีดที่เรียกว่า ประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ p-n (รูปที่ 5) เกิดขึ้นจากเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่บริสุทธิ์ที่เสื่อมสภาพสองตัว ซึ่งความเข้มข้นของสิ่งสกปรกของผู้บริจาคและผู้รับคือ 1,018-1,019 cm-3 พื้นผิวที่ตั้งฉากกับระนาบของจุดเชื่อมต่อ pn ได้รับการขัดเงาและทำหน้าที่เป็นกระจกสะท้อนของเครื่องสะท้อนแสง เลเซอร์ดังกล่าวใช้แรงดันไฟฟ้าโดยตรง ภายใต้อิทธิพลของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นในจุดเชื่อมต่อ pn และอิเล็กตรอนและรูถูกฉีดเข้าไป ในบริเวณเปลี่ยนผ่าน การรวมตัวกันอีกครั้งอย่างเข้มข้นของตัวพาประจุเริ่มต้นขึ้น ในระหว่างที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากแถบการนำไฟฟ้าไปยังแถบเวเลนซ์ และรังสีเลเซอร์ก็เกิดขึ้น แกลเลียมอาร์เซไนด์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเลเซอร์ฉีด การแผ่รังสีมีความยาวคลื่น 0.8-0.9 ไมครอน ประสิทธิภาพค่อนข้างสูง - 50-60%

ข้าว. 5 - หลักการออกแบบเลเซอร์ฉีด

คลื่นลำแสงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องขยายเสียง

เลเซอร์ฉีดขนาดเล็กที่มีขนาดเชิงเส้นของเซมิคอนดักเตอร์ประมาณ 1 มม. ให้พลังงานการแผ่รังสีในโหมดต่อเนื่องสูงถึง 10 mW และในโหมดพัลซิ่งก็สามารถมีกำลังสูงถึง 100 W การได้รับพลังงานสูงต้องอาศัยการระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง

ควรสังเกตว่าการออกแบบเลเซอร์มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากมาย ในกรณีที่ง่ายที่สุดเท่านั้น ตัวสะท้อนแสงจะประกอบด้วยกระจกเงาระนาบขนานกันสองตัว นอกจากนี้ยังใช้การออกแบบตัวสะท้อนเสียงที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งมีรูปทรงกระจกที่แตกต่างกันอีกด้วย

เลเซอร์หลายชนิดมีอุปกรณ์ควบคุมรังสีเพิ่มเติมอยู่ภายในหรือภายนอกช่อง ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์เหล่านี้ ลำแสงเลเซอร์จะเบี่ยงเบนและโฟกัส และพารามิเตอร์การแผ่รังสีต่างๆ จะเปลี่ยนไป ความยาวคลื่นของเลเซอร์ต่างๆ สามารถอยู่ระหว่าง 0.1-100 ไมครอน ด้วยการแผ่รังสีพัลส์ระยะเวลาพัลส์จะอยู่ในช่วง 10-3 ถึง 10-12 วินาที พัลส์สามารถเป็นพัลส์เดี่ยวหรือทำซ้ำได้ที่อัตราการเกิดซ้ำสูงถึงหลายกิกะเฮิรตซ์ กำลังที่ได้คือ 109 W สำหรับพัลส์นาโนวินาที และ 1,012 W สำหรับพัลส์พิโควินาทีที่สั้นเกินขีด

2.5 เลเซอร์ย้อม

เลเซอร์ที่ใช้สีย้อมอินทรีย์เป็นวัสดุเลเซอร์ โดยปกติจะอยู่ในรูปของสารละลายของเหลว พวกเขานำการปฏิวัติมาสู่เลเซอร์สเปกโทรสโกปี และกลายเป็นผู้ก่อตั้งเลเซอร์ชนิดใหม่ที่มีระยะเวลาพัลส์น้อยกว่าหนึ่งพิโควินาที (Ultrashort Pulse Lasers)

ในปัจจุบัน เลเซอร์อีกประเภทหนึ่งมักจะใช้ในการปั๊ม เช่น เลเซอร์ Nd:YAG แบบปั๊มด้วยไดโอด หรือเลเซอร์อาร์กอน หายากมากที่จะพบเลเซอร์สีย้อมที่ถูกปั๊มด้วยแสงแฟลช คุณสมบัติหลักของเลเซอร์ย้อมคือความกว้างของวงเกนที่ใหญ่มาก ด้านล่างนี้คือตารางพารามิเตอร์สำหรับเลเซอร์ย้อมบางชนิด

มีความเป็นไปได้สองประการในการใช้พื้นที่ทำงานเลเซอร์ขนาดใหญ่เช่นนี้:

การปรับความยาวคลื่นที่เกิด -> เลเซอร์สเปกโทรสโกปี

การสร้างในครั้งเดียวในช่วงกว้าง -> การสร้างพัลส์ที่สั้นมาก

การออกแบบเลเซอร์จะแตกต่างกันไปตามความเป็นไปได้ทั้งสองนี้ หากใช้รูปแบบทั่วไปในการปรับความยาวคลื่น จะมีการเพิ่มเฉพาะหน่วยเพิ่มเติมสำหรับการรักษาเสถียรภาพทางความร้อนและการเลือกการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด (โดยปกติจะเป็นปริซึม ตะแกรงการเลี้ยวเบน หรือโครงร่างที่ซับซ้อนมากขึ้น) จากนั้นจะเป็นการติดตั้งที่ซับซ้อนมากขึ้น จำเป็นต้องสร้างพัลส์ที่สั้นมาก การออกแบบคิวเวตที่มีตัวกลางแอคทีฟมีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากท้ายที่สุดแล้วระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์คือ 100 ۞30·10 ?15 (แสงในสุญญากาศจัดการเดินทางได้เพียง 30 เท่านั้น ÷ ในช่วงเวลานี้ที่ 10 µm) การผกผันของประชากรควรมีค่าสูงสุด ซึ่งสามารถทำได้โดยการสูบสารละลายสีย้อมอย่างรวดเร็วเท่านั้น เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จึงมีการใช้การออกแบบพิเศษของคิวเวทท์ที่มีการพ่นสีย้อมอย่างอิสระ (สีย้อมจะถูกปั๊มจากหัวฉีดพิเศษที่ความเร็วประมาณ 10 ม./วินาที) จะได้พัลส์ที่สั้นที่สุดเมื่อใช้เครื่องสะท้อนเสียงแบบวงแหวน

2.6 เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ

เลเซอร์ชนิดหนึ่งที่การแผ่รังสีถูกสร้างขึ้นโดยลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานเดียวที่แพร่กระจายในลูกคลื่น - ระบบการเบี่ยงเบนเป็นระยะ (ไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก) อิเล็กตรอนที่ทำการสั่นเป็นระยะจะปล่อยโฟตอนออกมาซึ่งพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานของอิเล็กตรอนและพารามิเตอร์ของคลื่น

ต่างจากเลเซอร์แก๊ส ของเหลว หรือโซลิดสเตต ที่อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นในสถานะอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกผูกไว้ แหล่งกำเนิดรังสี FEL คือลำแสงอิเล็กตรอนในสุญญากาศที่ผ่านชุดแม่เหล็กที่อยู่เป็นพิเศษ นั่นคือลูกคลื่น (ตัวสั่น) ซึ่งบังคับให้ ลำแสงเคลื่อนที่ไปตามวิถีไซน์ซอยด์ โดยสูญเสียพลังงาน ซึ่งถูกแปลงเป็นกระแสโฟตอน ผลลัพธ์ที่ได้คือรังสีเอกซ์อ่อนๆ ซึ่งใช้ในการศึกษาคริสตัลและโครงสร้างนาโนอื่นๆ เป็นต้น

ด้วยการเปลี่ยนพลังงานของลำอิเล็กตรอน เช่นเดียวกับพารามิเตอร์ของคลื่น (ความแรงของสนามแม่เหล็กและระยะห่างระหว่างแม่เหล็ก) จึงเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนแปลงความถี่ของการแผ่รังสีเลเซอร์ที่ผลิตโดย FEL ในช่วงกว้าง ซึ่งเป็นข้อแตกต่างหลักระหว่าง FEL และเลเซอร์ของระบบอื่น รังสีที่ผลิตโดย FEL ใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างนาโนเมตร - มีประสบการณ์ในการรับภาพอนุภาคที่มีขนาดเล็กถึง 100 นาโนเมตร (ผลลัพธ์นี้ทำได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ที่มีความละเอียดประมาณ 5 นาโนเมตร) การออกแบบเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระตัวแรกได้รับการตีพิมพ์ในปี 1971 โดย John M. J. Madey โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการปริญญาเอกของเขาที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ในปี พ.ศ. 2519 เมดีและเพื่อนร่วมงานสาธิตการทดลองครั้งแรกกับ FEL โดยใช้อิเล็กตรอน 24 MeV และตัวเลื้อยยาว 5 เมตรเพื่อขยายรังสี

กำลังเลเซอร์อยู่ที่ 300 mW และมีประสิทธิภาพเพียง 0.01% แต่อุปกรณ์ประเภทนี้แสดงให้เห็นว่าทำงานได้ ทำให้เกิดความสนใจอย่างมากและจำนวนการพัฒนาในสาขา FEL เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

กวดวิชา

ต้องการความช่วยเหลือในการศึกษาหัวข้อหรือไม่?

ผู้เชี่ยวชาญของเราจะแนะนำหรือให้บริการสอนพิเศษในหัวข้อที่คุณสนใจ
ส่งใบสมัครของคุณระบุหัวข้อในขณะนี้เพื่อค้นหาความเป็นไปได้ในการรับคำปรึกษา