वास्तविक विकिरण में एक विशिष्ट दोलन आवृत्ति नहीं होती है, बल्कि विभिन्न आवृत्तियों का एक निश्चित सेट होता है, जिसे इस विकिरण का स्पेक्ट्रम या वर्णक्रमीय संरचना कहा जाता है। विकिरण को मोनोक्रोमैटिक कहा जाता है यदि इसमें आवृत्तियों (या तरंग दैर्ध्य) की एक बहुत ही संकीर्ण सीमा होती है। दृश्य क्षेत्र में, मोनोक्रोमैटिक विकिरण एक निश्चित रंग की हल्की संवेदना का कारण बनता है; उदाहरण के लिए, 0.55 से 0.56 माइक्रोन तक तरंग दैर्ध्य रेंज को कवर करने वाले विकिरण को हरा माना जाता है। किसी दिए गए विकिरण का आवृत्ति अंतराल जितना संकरा होता है, वह उतना ही अधिक मोनोक्रोमैटिक होता है। फॉर्मूला (1.2) आदर्श रूप से मोनोक्रोमैटिक विकिरण को संदर्भित करता है जिसमें एक दोलन आवृत्ति होती है।

गर्म ठोस और तरल पिंड बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज की विद्युत चुम्बकीय तरंगों के एक निरंतर (या निरंतर) स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करते हैं। चमकदार दुर्लभ गैसें एक लाइन स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करती हैं, जिसमें अलग-अलग मोनोक्रोमैटिक विकिरण होते हैं, जिन्हें वर्णक्रमीय रेखाएं कहा जाता है; प्रत्येक वर्णक्रमीय रेखा को एक निश्चित दोलन आवृत्ति (या तरंग दैर्ध्य) की विशेषता होती है जो इसके द्वारा कवर की गई संकीर्ण आवृत्ति सीमा के बीच में स्थित होती है। यदि विकिरण के स्रोत व्यक्तिगत (पृथक, मुक्त) परमाणु नहीं हैं, लेकिन गैस के अणु हैं, तो स्पेक्ट्रम में बैंड (धारीदार स्पेक्ट्रम) होते हैं, प्रत्येक बैंड वर्णक्रमीय रेखा की तुलना में व्यापक निरंतर तरंग दैर्ध्य अंतराल को कवर करता है।

प्रत्येक पदार्थ की रेखा (परमाणु) स्पेक्ट्रम इसकी विशेषता है; यह वर्णक्रमीय विश्लेषण को संभव बनाता है, अर्थात, किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना का निर्धारण उसके द्वारा उत्सर्जित विकिरण की वर्णक्रमीय रेखाओं की तरंग दैर्ध्य से होता है।

आइए मान लें कि एक विद्युत चुम्बकीय तरंग एक निश्चित सीधी रेखा के साथ फैलती है, जिसे हम किरण कहते हैं। समय के साथ बीम के एक निश्चित बिंदु पर वेक्टर के परिवर्तन में रुचि हो सकती है

समय; यह संभव है कि में इस बिंदु पर, न केवल वेक्टर का परिमाण बदलता है, जैसा कि सूत्र (1.2) से होता है, बल्कि अंतरिक्ष में वेक्टर का उन्मुखीकरण भी होता है। फिर आप बीम के विभिन्न बिंदुओं पर वेक्टर की परिमाण और दिशा को ठीक कर सकते हैं, लेकिन एक निश्चित समय पर। यदि यह पता चलता है कि बीम के साथ विभिन्न बिंदुओं पर सभी वैक्टर एक ही विमान में स्थित हैं, तो विकिरण को समतल-ध्रुवीकृत या रैखिक रूप से ध्रुवीकृत कहा जाता है; ऐसा विकिरण एक स्रोत द्वारा उत्पन्न होता है जो विकिरण प्रक्रिया के दौरान दोलन तल को संरक्षित करता है। यदि तरंग स्रोत के दोलनों का तल समय के साथ बदलता है, तो तरंग में वेक्टर एक निश्चित तल में नहीं होता है और विकिरण समतल-ध्रुवीकृत नहीं होगा। विशेष रूप से, एक लहर प्राप्त करना संभव है जिसमें वेक्टर बीम के चारों ओर समान रूप से घूमता है। यदि वेक्टर बीम के चारों ओर अपना अभिविन्यास पूरी तरह से यादृच्छिक रूप से बदलता है, तो विकिरण को प्राकृतिक कहा जाता है। इस तरह के विकिरण चमकदार ठोस, तरल और गैसीय निकायों से प्राप्त होते हैं, जिसमें विमान, उपचार के प्राथमिक स्रोतों के दोलन - परमाणु और अणु - अंतरिक्ष में बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं।

इस प्रकार, सबसे सरल विकिरण एक मोनोक्रोमैटिक समतल-ध्रुवीकृत तरंग है। जिस तल में तरंग प्रसार का सदिश और दिशा सदिश होता है, उसे दोलनों का तल कहा जाता है; दोलनों के तल के लंबवत तल (अर्थात, वह तल जिसमें वेक्टर H स्थित होता है) को ध्रुवीकरण का तल कहा जाता है।

निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांकों में से एक है और के बराबर है

अन्य मीडिया में, यह k से कम है जो सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है (देखें भाग III, 29)

जहां, क्रमशः, माध्यम की पारगम्यता और पारगम्यता हैं।

जब विकिरण एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है, तो तरंग में दोलन आवृत्ति संरक्षित रहती है, लेकिन तरंग दैर्ध्य K बदल जाता है; आमतौर पर, जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, K निर्वात में तरंग दैर्ध्य को दर्शाता है।

यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि दृश्य विकिरण (जिसे हम प्रकाश कहते हैं) 400 से तरंग दैर्ध्य को आंखों के विशेष प्रशिक्षण के साथ कवर करता है, यह 320 से 900 एनएम तक तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का अनुभव कर सकता है। तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला 1 सेमी से , जो पराबैंगनी और अवरक्त क्षेत्रों को भी कवर करती है, को ऑप्टिकल विकिरण कहा जाता है।

4 नवंबर 2013 अपराह्न 09:33 बजे

यहूदी बस्ती-शैली स्पेक्ट्रोस्कोपी: स्पेक्ट्रम की खोज और लेजर के (सुरक्षित) खतरे

• DIY या DIY

मुझे लगता है कि इस लेख को पढ़ने वाले हर व्यक्ति ने लेजर पॉइंटर्स के साथ खेला है। हाल ही में, चीनी विकिरण शक्ति को और अधिक बढ़ा रहे हैं - और हमें स्वयं सुरक्षा का ध्यान रखना होगा।

इसके अलावा, यह घुटने पर लेजर के विकिरण स्पेक्ट्रम को देखने के लिए भी निकला - चाहे वह एक आवृत्ति पर उत्पन्न हो, या एक बार में कई बार। यह आवश्यक हो सकता है यदि आप घर पर होलोग्राम रिकॉर्ड करने का प्रयास करना चाहते हैं।

हरे DPSS लेज़रों के डिज़ाइन को याद करें

एक 808nm इन्फ्रारेड लेजर डायोड एक Nd: YVO4 या Nd: YAG नियोडिमियम लेजर चिप पर चमकता है, जो पहले से ही 1064nm की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश का उत्सर्जन करता है। फिर गैर-रैखिक KTP क्रिस्टल में आवृत्ति दोहरीकरण होता है - और हमें 532nm हरी बत्ती मिलती है।

यहां स्पष्ट समस्या यह है कि 808nm और 1064nm विकिरण अज्ञात कोण पर लेजर (यदि कोई आउटपुट फ़िल्टर नहीं है, या यह खराब गुणवत्ता का है) से बाहर निकल सकता है, और हमारे लिए रेटिना पर कलात्मक काटने के लिए अदृश्य रूप से। मानव आंख 1064nm बिल्कुल नहीं देखती है, और 808nm विकिरण बहुत कमजोर है, लेकिन इसे अंधेरे में देखा जा सकता है (यह केवल कम शक्ति पर बिखरे हुए विकिरण के साथ बहुत खतरनाक नहीं है!)

हालांकि, लेजर विकिरण के केंद्रित हिस्से में विकिरण क्या है? आइए जानने की कोशिश करते हैं।

पहला दृष्टिकोण: कागज की एक शीट और एक सीडी

विचार सरल है - हम एक स्टैम्प्ड सीडी की सतह पर ए4 पेपर की शीट में एक छेद के माध्यम से एक लेजर को चमकाते हैं। डिस्क की सतह पर खांचे - पहले सन्निकटन में, विवर्तन झंझरी की तरह काम करते हैं, और प्रकाश को एक स्पेक्ट्रम में विघटित करते हैं।

प्रत्येक तरंग दैर्ध्य एक साथ कई छवियां बनाता है - कई सकारात्मक और कई नकारात्मक आदेश।

नतीजतन, आंख और एक पारंपरिक कैमरा निम्नलिखित को देखेगा:

हालांकि, अगर हम आईआर फिल्टर के बिना कैमरे के साथ कागज की एक शीट को देखते हैं, तो हमें केंद्र से पहले और दूसरे बिंदुओं के बीच एक अजीब बैंगनी बिंदु दिखाई देता है:

दूसरा दृष्टिकोण: फैलाव प्रिज्म

एक प्रिज्म भी प्रकाश को एक स्पेक्ट्रम में फैलाता है, लेकिन विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए अपवर्तन कोणों में अंतर बहुत छोटा होता है। इसलिए मैं तुरंत इस विकल्प को लागू करने में सफल नहीं हुआ - मुझे एक बिंदु दिखाई देता रहा। स्थिति इस तथ्य से बढ़ गई थी कि मेरे प्रिज्म साधारण कांच से बने थे, जो प्रकाश को विशेष रूप से दो बार खराब स्पेक्ट्रम में विघटित करते हैं।

परिणाम प्राप्त हुआ है: स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाले बिंदु 808nm, 1064nm और हरे 532nm। मानव आँख IR डॉट्स के स्थान पर कुछ भी नहीं देखती है।

1W हरे रंग के लेजर पर, "उंगली-प्रकार के उच्च-सटीक बिजली मीटर" (संक्षिप्त FPIM) का उपयोग करते हुए, हम यह पता लगाने में कामयाब रहे कि मेरे मामले में विकिरण का भारी हिस्सा 532nm, और 808nm और 1064nm है, हालांकि वे पता लगाने योग्य हैं कैमरे द्वारा, लेकिन उनकी शक्ति PVIM पहचान की सीमा से 20 या अधिक गुना कम है।

चश्मे की जांच करने का समय आ गया है

चीनी वादा करते हैं कि 190-540nm और 800-2000nm की रेंज के लिए क्षीणन 10 हजार गुना (OD4) है। खैर, देखते हैं, आंखें सरकारी नहीं हैं।

हम कैमरे पर चश्मा लगाते हैं (यदि हम इसे लेजर पर रखते हैं, तो यह एक छेद पिघला देगा, वे प्लास्टिक हैं), और हमें मिलता है: 532nm और 808nm बहुत कमजोर हैं, 1064nm से थोड़ा सा रहता है, लेकिन मुझे लगता है कि यह महत्वपूर्ण नहीं है :

जिज्ञासा से बाहर, मैंने रंगीन एनाग्लिफ़ चश्मे (लाल और नीले कांच के साथ) की जांच करने का फैसला किया। हरे रंग का लाल आधा भाग अच्छी तरह से रहता है, लेकिन अवरक्त प्रकाश के लिए वे पारदर्शी होते हैं:

नीले आधे का व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ता है:

क्या लेज़र एक या कई आवृत्ति पर उत्पन्न होता है?

जैसा कि हमें याद है, डीपीएसएस लेजर डिजाइन का मुख्य तत्व फैब्री - पेरोट रेज़ोनेटर है, जो 2 दर्पण है, एक पारभासी है, दूसरा साधारण है। यदि उत्पन्न विकिरण की तरंग दैर्ध्य गुंजयमान यंत्र की लंबाई में एक पूर्णांक संख्या में फिट नहीं होती है, तो तरंगें हस्तक्षेप के कारण स्वयं को रद्द कर देंगी। विशेष उपकरणों के उपयोग के बिना, लेजर एक साथ सभी स्वीकार्य आवृत्तियों पर एक साथ प्रकाश उत्पन्न करेगा।

गुंजयमान यंत्र जितना बड़ा होगा, उतनी ही अधिक संभव तरंग दैर्ध्य जिस पर लेजर उत्पन्न हो सकता है। सबसे कम शक्ति वाले हरे रंग के लेजर में, नियोडिमियम लेजर क्रिस्टल एक पतली प्लेट होती है, और अक्सर पीढ़ी के लिए केवल 1 या 2 तरंग दैर्ध्य संभव होते हैं।

जब तापमान (= गुंजयमान यंत्र आयाम) या शक्ति में परिवर्तन होता है, तो पीढ़ी की आवृत्ति सुचारू रूप से या अचानक बदल सकती है।

यह महत्वपूर्ण क्यों है? एक तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्पन्न करने वाले लेज़रों का उपयोग होम होलोग्राफी, इंटरफेरोमेट्री (सुपर-हाई डिस्टेंस मापन), और अन्य मज़ेदार सामानों के लिए किया जा सकता है।

अच्छा, चलो जाँच करें। हम एक ही सीडी लेते हैं, लेकिन इस बार हम स्पॉट को 10 सेमी से नहीं, बल्कि 5 मीटर से देखेंगे (चूंकि हमें 0.1 एनएम के क्रम के तरंग दैर्ध्य में अंतर देखने की जरूरत है, 300 एनएम नहीं)।

1W ग्रीन लेजर: गुंजयमान यंत्र के बड़े आकार के कारण, आवृत्तियाँ एक छोटे अंतराल के साथ आती हैं:

10mW ग्रीन लेजर: गुहा आयाम छोटे होते हैं - केवल 2 आवृत्तियाँ स्पेक्ट्रम की समान श्रेणी में फिट होती हैं:

जब बिजली कम हो जाती है, तो केवल एक आवृत्ति शेष रहती है। आप एक होलोग्राम लिख सकते हैं!

आइए अन्य लेज़रों को देखें। लाल 650nm 0.2W:

यूवी 405 एनएम 0.2W:

1.1. स्पेक्ट्रा के प्रकार।

पहली नज़र में, लेज़र बीम इसकी संरचना में बहुत सरल लगता है। यह व्यावहारिक रूप से एक एकल-आवृत्ति विकिरण है जिसमें वर्णक्रमीय रूप से शुद्ध रंग होता है: एक हे-ने लेजर लाल रंग (633 एनएम) का उत्सर्जन करता है, एक कैडमियम लेजर नीले रंग का उत्सर्जन करता है (440 एनएम, एक आर्गन लेजर नीले-हरे वर्णक्रम में कई पंक्तियों का उत्सर्जन करता है) क्षेत्र (488 एनएम, 514 एनएम और आदि), एक अर्धचालक लेजर - लाल विकिरण (650 एनएम), आदि। वास्तव में, लेजर विकिरण स्पेक्ट्रम में एक जटिल संरचना होती है और यह दो मापदंडों द्वारा निर्धारित होती है - काम करने का विकिरण स्पेक्ट्रम पदार्थ (हे-ने लेजर के लिए, उदाहरण के लिए, यह एक लाल वर्णक्रमीय रेखा नियॉन विकिरण है जो एक विद्युत निर्वहन द्वारा उत्तेजित होता है) और एक लेजर के ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र में गुंजयमान घटना।

तुलना के लिए, दाईं ओर के आंकड़े सूर्य के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा (ए) और एक साधारण गरमागरम प्रकाश बल्ब (बी) (शीर्ष आंकड़ा), एक पारा लैंप के स्पेक्ट्रम (अंजीर। दाएं) और अत्यधिक बढ़े हुए उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को दर्शाते हैं। एक हे-ने लेजर (अंजीर। नीचे)।

एक गरमागरम दीपक का स्पेक्ट्रम, सौर स्पेक्ट्रम की तरह, निरंतर स्पेक्ट्रा को संदर्भित करता है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण (400-700 एनएम) की दृश्यमान वर्णक्रमीय सीमा को पूरी तरह से भर देता है। पारा लैंप का स्पेक्ट्रम लाइन स्पेक्ट्रा के अंतर्गत आता है, जो संपूर्ण दृश्य सीमा को भी भरता है, लेकिन इसमें विभिन्न तीव्रता के अलग-अलग वर्णक्रमीय घटक होते हैं। वैसे, लेज़रों के आगमन से पहले, एक पारा लैंप के विकिरण के व्यक्तिगत वर्णक्रमीय घटकों को अलग करके मोनोक्रोमैटिक विकिरण प्राप्त किया गया था।

1.2. हे-ने लेजर में उत्सर्जन स्पेक्ट्रम।

लेजर विकिरण स्पेक्ट्रम मोनोक्रोमैटिक है, अर्थात, इसकी वर्णक्रमीय चौड़ाई बहुत संकीर्ण है, लेकिन, जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, इसकी एक जटिल संरचना भी है।

लेजर स्पेक्ट्रम के गठन की प्रक्रिया पर एक अच्छी तरह से अध्ययन किए गए हे-ने लेजर के आधार पर विचार किया जाएगा। ऐतिहासिक रूप से, यह स्पेक्ट्रम की दृश्य सीमा में काम करने वाला पहला निरंतर लेजर था। इसे 1960 में ए. जावन ने बनाया था।

अंजीर पर। दाईं ओर हीलियम और नियॉन के उत्तेजित मिश्रण के ऊर्जा स्तर हैं। हीलियम या नियॉन का एक उत्तेजित परमाणु एक ऐसा परमाणु होता है जिसमें बाहरी कोश के एक या अधिक इलेक्ट्रॉन, गैस डिस्चार्ज के इलेक्ट्रॉनों और आयनों से टकराने पर, उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं और बाद में निम्न ऊर्जा स्तर पर जा सकते हैं या वापस लौट सकते हैं एक प्रकाश क्वांटम के उत्सर्जन के साथ एक तटस्थ स्तर - एक फोटॉन।

परमाणुओं का उत्तेजना गैस मिश्रण से गुजरने वाले विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न होता है। हे-ने लेजर के लिए, यह एक कम-वर्तमान, चमक निर्वहन है (सामान्य निर्वहन धाराएं 20-50 एमए हैं)। हे-ने लेजर जैसे "शास्त्रीय" लेजर के लिए भी ऊर्जा स्तर और उत्सर्जन तंत्र का पैटर्न काफी जटिल है, इसलिए हम इस प्रक्रिया के केवल मुख्य विवरणों पर विचार करने तक ही सीमित रहेंगे। नियॉन परमाणुओं के साथ टकराव के दौरान 2S स्तर तक उत्साहित हीलियम परमाणु संचित ऊर्जा को उनमें स्थानांतरित करते हैं, उन्हें 5S स्तर तक उत्तेजित करते हैं (इसलिए, नियॉन की तुलना में गैस मिश्रण में अधिक हीलियम होता है)। 5S स्तर से, इलेक्ट्रॉन कई निम्न ऊर्जा स्तरों तक जा सकते हैं। हम केवल 5S - 3P संक्रमण में रुचि रखते हैं (दोनों स्तर वास्तव में उत्तेजना और उत्सर्जन तंत्र की क्वांटम प्रकृति के कारण कई उप-स्तरों में विभाजित हैं)। इस संक्रमण के दौरान फोटॉन उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य 633 एनएम है।

आइए हम एक और महत्वपूर्ण तथ्य पर ध्यान दें, जो सुसंगत विकिरण प्राप्त करने के लिए मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। हीलियम और नियॉन के सही अनुपात के साथ, ट्यूब में गैसों के मिश्रण का दबाव और डिस्चार्ज करंट का परिमाण, इलेक्ट्रॉन 5S स्तर पर जमा होते हैं और उनकी संख्या निचले 3P स्तर पर स्थित इलेक्ट्रॉनों की संख्या से अधिक होती है। इस घटना को व्युत्क्रम स्तर की जनसंख्या कहा जाता है। हालाँकि, यह अभी तक लेजर विकिरण नहीं है। यह नियॉन उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखाओं में से एक है। वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई कई कारणों पर निर्भर करती है, जिनमें से मुख्य हैं: - विकिरण में शामिल ऊर्जा स्तरों (5S और 3P) की परिमित चौड़ाई और नियॉन परमाणुओं के निवास समय से जुड़े क्वांटम अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा निर्धारित एक उत्तेजित अवस्था, - विद्युत क्षेत्र (तथाकथित डॉपलर प्रभाव) के प्रभाव में डिस्चार्ज में उत्तेजित कणों की निरंतर गति से जुड़ी रेखा का विस्तार। इन कारकों को ध्यान में रखते हुए, रेखा की चौड़ाई (विशेषज्ञ इसे कार्यशील संक्रमण का समोच्च कहते हैं) एक एंगस्ट्रॉम का लगभग दो दस-हज़ारवां हिस्सा है। ऐसी संकीर्ण रेखाओं के लिए, गणना में आवृत्ति डोमेन में इसकी चौड़ाई का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक होता है। आइए संक्रमण सूत्र का उपयोग करें:

डीएन 1 = डीएल सी/एल 2 (1)

जहाँ dn 1 फ़्रीक्वेंसी डोमेन में वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई है, Hz, dl वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई (0.000002 nm) है, l वर्णक्रमीय रेखा (633 nm) की तरंग दैर्ध्य है, c प्रकाश की गति है। सभी मूल्यों (एक माप प्रणाली में) को प्रतिस्थापित करते हुए, हमें 1.5 गीगाहर्ट्ज की लाइनविड्थ मिलती है। बेशक, नियॉन के पूरे उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की तुलना में ऐसी संकीर्ण रेखा को पूरी तरह से मोनोक्रोमैटिक माना जा सकता है, लेकिन इसे अभी भी सुसंगत विकिरण नहीं कहा जा सकता है। एक लेज़र में सुसंगत विकिरण प्राप्त करने के लिए, एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर (इंटरफेरोमीटर) का उपयोग किया जाता है।

1.3. ऑप्टिकल लेजर गुंजयमान यंत्र।

ऑप्टिकल रेज़ोनेटर में ऑप्टिकल अक्ष पर स्थित दो दर्पण होते हैं और उनकी परावर्तक सतह एक दूसरे का सामना करती हैं, अंजीर। दायी ओर। दर्पण समतल या गोलाकार हो सकते हैं। समतल दर्पणों को संरेखित करना बहुत कठिन होता है और लेज़र आउटपुट अस्थिर हो सकता है। गोलाकार दर्पण (कन्फोकल रेज़ोनेटर) के साथ एक गुंजयमान यंत्र बहुत अधिक स्थिर होता है, लेकिन विकिरण की जटिल, बहुपद्वति संरचना के कारण क्रॉस सेक्शन में लेजर बीम अमानवीय हो सकता है। व्यवहार में, एक अर्ध-कन्फोकल गुंजयमान यंत्र का उपयोग सबसे अधिक बार किया जाता है जिसमें पीछे के गोलाकार और सामने के समतल दर्पण होते हैं। ऐसा गुंजयमान यंत्र अपेक्षाकृत स्थिर होता है और एक समान (एकल-मोड) किरण उत्पन्न करता है।

किसी भी गुंजयमान यंत्र का मुख्य गुण उसमें खड़े विद्युत चुम्बकीय तरंगों का बनना होता है। हे-ने लेजर के मामले में, 633 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ नियॉन की वर्णक्रमीय रेखा को उत्सर्जित करने के लिए स्थायी तरंगें बनती हैं। यह केवल इस तरंग दैर्ध्य के लिए चुने गए दर्पणों के अधिकतम प्रतिबिंब गुणांक द्वारा सुगम है। लेजर गुहाएं बहुपरत स्पटरिंग के साथ ढांकता हुआ दर्पण का उपयोग करती हैं, जिससे 99% या अधिक का प्रतिबिंब गुणांक प्राप्त करना संभव हो जाता है। जैसा कि ज्ञात है, खड़ी तरंगों के बनने की शर्त यह है कि दर्पणों के बीच की दूरी अर्ध-तरंगों की पूर्णांक संख्या के बराबर होनी चाहिए:

एनएल = 2 एल (2)

जहाँ n एक पूर्णांक या व्यतिकरण का क्रम है, l व्यतिकरणमापी के भीतर विकिरण तरंगदैर्घ्य है, L दर्पणों के बीच की दूरी है।

अनुनाद की स्थिति (2) से, हम गुंजयमान आवृत्तियों के बीच की दूरी dn 2 प्राप्त कर सकते हैं:

डीएन 2 =सी/2एल (3)

गैस लेजर (हे-ने लेजर LGN-220) के डेढ़ मीटर के गुंजयमान यंत्र के लिए, यह मान लगभग 100 मेगाहर्ट्ज है। केवल इस तरह की आवृत्ति अवधि के साथ विकिरण को गुंजयमान यंत्र दर्पणों से बार-बार परावर्तित किया जा सकता है और प्रवर्धित किया जा सकता है क्योंकि यह एक व्युत्क्रम माध्यम से गुजरता है - एक विद्युत निर्वहन से उत्साहित हीलियम और नियॉन का मिश्रण। इसके अलावा, क्या अत्यंत महत्वपूर्ण है, जब यह विकिरण गुंजयमान यंत्र के साथ गुजरता है, तो इसकी चरण संरचना नहीं बदलती है, जो प्रवर्धित विकिरण के सुसंगत गुणों की ओर ले जाती है। यह 5S स्तर की व्युत्क्रम जनसंख्या द्वारा सुगम है, जिसकी चर्चा ऊपर की गई थी। ऊपरी स्तर से एक इलेक्ट्रॉन इस संक्रमण को शुरू करने वाले फोटॉन के साथ समकालिक रूप से निचले स्तर पर जाता है, इसलिए दोनों फोटॉनों के अनुरूप तरंगों के चरण पैरामीटर समान होते हैं। सुसंगत विकिरण की ऐसी पीढ़ी गुंजयमान यंत्र के अंदर पूरे विकिरण पथ के साथ होती है। इसके अलावा, अनुनाद घटना उत्सर्जन रेखा के बहुत अधिक संकीर्ण होने की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अनुनाद शिखर के केंद्र में सबसे बड़ा लाभ प्राप्त होता है।
एक निश्चित संख्या में गुजरने के बाद, सुसंगत विकिरण की तीव्रता इतनी अधिक हो जाती है कि यह गुंजयमान यंत्र में प्राकृतिक नुकसान (सक्रिय माध्यम में बिखराव, दर्पणों पर नुकसान, विवर्तन हानि, आदि) से अधिक हो जाता है और इसका एक हिस्सा गुंजयमान यंत्र से परे चला जाता है। इस आउटपुट के लिए, थोड़ा कम परावर्तन (99.6-99.7%) के साथ एक सपाट दर्पण बनाया गया है। नतीजतन, लेजर पीढ़ी के स्पेक्ट्रम में चित्र 3 में दिखाया गया रूप है। के ऊपर। वर्णक्रमीय घटकों की संख्या आमतौर पर दस से अधिक नहीं होती है।

आइए हम एक बार फिर उन सभी कारकों का योग करें जो लेजर विकिरण की आवृत्ति विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। सबसे पहले, कार्य संक्रमण को समोच्च की प्राकृतिक चौड़ाई की विशेषता है। वास्तविक परिस्थितियों में, विभिन्न कारकों के कारण, समोच्च का विस्तार होता है। व्यतिकरणमापी की गुंजयमान रेखाएँ चौड़ी हुई रेखा के भीतर स्थित होती हैं, जिसकी संख्या संक्रमण समोच्च की चौड़ाई और आसन्न चोटियों के बीच की दूरी से निर्धारित होती है। अंत में, चोटियों के केंद्र में लेजर विकिरण की अत्यंत संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखाएं होती हैं, जो लेजर के आउटपुट विकिरण के स्पेक्ट्रम को निर्धारित करती हैं।

1.4. लेजर विकिरण का सामंजस्य।

आइए हम निर्दिष्ट करें कि हे-ने लेजर विकिरण द्वारा कौन सी सुसंगतता लंबाई प्रदान की जाती है। हम कार्य में प्रस्तावित सूत्र का उपयोग करते हैं:

जैसा कि यह एक व्युत्क्रम माध्यम से गुजरता है - एक विद्युत निर्वहन से उत्साहित हीलियम और नियॉन का मिश्रण। इसके अलावा, क्या अत्यंत महत्वपूर्ण है, जब यह विकिरण गुंजयमान यंत्र के साथ गुजरता है, तो इसकी चरण संरचना नहीं बदलती है, जो प्रवर्धित विकिरण के सुसंगत गुणों की ओर ले जाती है। यह 5S स्तर की व्युत्क्रम जनसंख्या द्वारा सुगम है, जिसकी चर्चा ऊपर की गई थी। ऊपरी स्तर से एक इलेक्ट्रॉन इस संक्रमण को शुरू करने वाले फोटॉन के साथ समकालिक रूप से निचले स्तर पर जाता है, इसलिए दोनों फोटॉनों के अनुरूप तरंगों के चरण पैरामीटर समान होते हैं। सुसंगत विकिरण की ऐसी पीढ़ी गुंजयमान यंत्र के अंदर पूरे विकिरण पथ के साथ होती है। इसके अलावा, अनुनाद घटना उत्सर्जन रेखा के बहुत अधिक संकीर्ण होने की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अनुनाद शिखर के केंद्र में सबसे बड़ा लाभ प्राप्त होता है।

डीटी = डीएन -1 (4)

जहां dt सुसंगतता समय है, जो उस समय अंतराल की ऊपरी सीमा है जिस पर मोनोक्रोमैटिक तरंग का आयाम और चरण स्थिर होता है। आइए हम सुसंगत लंबाई l की ओर मुड़ें, जो हमारे लिए परिचित है, जिसकी मदद से होलोग्राम पर दर्ज किए गए दृश्य की गहराई का अनुमान लगाना आसान है:

एल = सी / डीएन (5)

डेटा को सूत्र (5) में प्रतिस्थापित करते हुए, पूर्ण स्पेक्ट्रम चौड़ाई dn 1 = 1.5 GHz सहित, हम 20 सेमी की एक सुसंगत लंबाई प्राप्त करते हैं। यह He-Ne लेज़र की वास्तविक सुसंगतता लंबाई के काफी करीब है, जिसमें अपरिहार्य विकिरण हानियाँ हैं गुंजयमान यंत्र में। माइकलसन व्यतिकरणमापी का उपयोग करते हुए सुसंगतता की लंबाई का मापन 15-17 सेमी (हस्तक्षेप पैटर्न के आयाम में 50% की कमी के स्तर पर) का मान देता है। लेजर रेज़ोनेटर द्वारा अलग किए गए एक व्यक्तिगत वर्णक्रमीय घटक की सुसंगतता लंबाई का अनुमान लगाना दिलचस्प है। इंटरफेरोमीटर डीएन 3 (ऊपर से तीसरा आंकड़ा देखें) के गुंजयमान शिखर की चौड़ाई इसके गुणवत्ता कारक द्वारा निर्धारित की जाती है और लगभग 0.5 मेगाहर्ट्ज है। लेकिन, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, अनुनाद घटना लेजर वर्णक्रमीय रेखा dn 4 के और भी अधिक संकीर्ण होने की ओर ले जाती है, जो कि इंटरफेरोमीटर (ऊपर से तीसरी आकृति) के गुंजयमान शिखर के केंद्र के पास बनती है। सैद्धांतिक गणना एक हर्ट्ज़ के आठ हज़ारवें हिस्से की एक लाइन चौड़ाई देती है! हालांकि, इस मूल्य का बहुत व्यावहारिक अर्थ नहीं है, क्योंकि इस तरह के एक संकीर्ण वर्णक्रमीय घटक के दीर्घकालिक अस्तित्व के लिए गुंजयमान यंत्र की यांत्रिक स्थिरता, थर्मल बहाव और अन्य मापदंडों के मूल्यों की आवश्यकता होती है जो वास्तविक लेजर ऑपरेटिंग परिस्थितियों में बिल्कुल असंभव हैं। . इसलिए, हम स्वयं को व्यतिकरणमापी के गुंजयमान शिखर की चौड़ाई तक सीमित रखते हैं। 0.5 मेगाहर्ट्ज की स्पेक्ट्रम चौड़ाई के लिए, सूत्र (5) द्वारा गणना की गई सुसंगतता लंबाई 600 मीटर है। यह भी बहुत अच्छा है। यह केवल एक वर्णक्रमीय घटक का चयन करने, उसकी शक्ति का अनुमान लगाने और उसे एक स्थान पर रखने के लिए रहता है। यदि, हालांकि, होलोग्राम के संपर्क के समय के दौरान यह पूरे कामकाजी सर्किट के साथ "यात्रा" करता है (उदाहरण के लिए, गुंजयमान यंत्र की तापमान अस्थिरता के कारण), तो हम फिर से वही 20 सेमी सुसंगतता प्राप्त करेंगे।

1.5. आयन लेजर का जेनरेशन स्पेक्ट्रम।

आइए एक और गैस लेजर - आर्गन के जेनरेशन स्पेक्ट्रम के बारे में संक्षेप में बात करें। यह लेज़र, क्रिप्टन लेज़र की तरह, आयन लेज़रों से संबंधित है; सुसंगत विकिरण उत्पन्न करने की प्रक्रिया में, यह अब आर्गन परमाणु नहीं है जो भाग लेते हैं, लेकिन उनके आयन, यानी परमाणु, बाहरी आवरण के एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को एक शक्तिशाली चाप निर्वहन के प्रभाव में फाड़ दिया जाता है जो सक्रिय से गुजरता है पदार्थ। डिस्चार्ज करंट कई दसियों एम्पीयर तक पहुँच जाता है, बिजली की आपूर्ति की विद्युत शक्ति कई दसियों किलोवाट होती है। सक्रिय तत्व का अनिवार्य गहन जल शीतलन आवश्यक है, अन्यथा इसका थर्मल विनाश होगा। स्वाभाविक रूप से, ऐसी कठोर परिस्थितियों में, आर्गन परमाणुओं के उत्तेजना का पैटर्न और भी जटिल होता है। एक साथ कई लेज़र वर्णक्रमीय रेखाओं की एक पीढ़ी होती है, उनमें से प्रत्येक के काम करने वाले समोच्च की चौड़ाई He-Ne लेज़र लाइन समोच्च की चौड़ाई से बहुत बड़ी होती है और कई गीगाहर्ट्ज़ होती है। तदनुसार, लेजर की सुसंगतता लंबाई कई सेंटीमीटर तक कम हो जाती है। बड़े प्रारूप वाले होलोग्राम को रिकॉर्ड करने के लिए, पीढ़ी के स्पेक्ट्रम का आवृत्ति चयन आवश्यक है, जिस पर इस लेख के दूसरे भाग में चर्चा की जाएगी।

1.6. सेमीकंडक्टर लेजर का जेनरेशन स्पेक्ट्रम।

आइए हम अर्धचालक लेजर के पीढ़ी स्पेक्ट्रम पर विचार करें, जो होलोग्रफ़ी सिखाने की प्रक्रिया और होलोग्राफर की शुरुआत के लिए बहुत रुचि रखता है। ऐतिहासिक रूप से, गैलियम आर्सेनाइड पर आधारित इंजेक्शन सेमीकंडक्टर लेजर सबसे पहले विकसित किए गए थे, अंजीर। दायी ओर।

चूंकि इसका डिज़ाइन काफी सरल है, आइए इसके उदाहरण का उपयोग करके अर्धचालक लेजर के संचालन के सिद्धांत पर विचार करें। सक्रिय पदार्थ जिसमें विकिरण उत्पन्न होता है, गैलियम आर्सेनाइड का एक क्रिस्टल होता है, जिसमें कई सौ माइक्रोन लंबे पक्षों के साथ समानांतर चतुर्भुज का आकार होता है। दो पक्षों के चेहरे समानांतर और उच्च स्तर की सटीकता के साथ पॉलिश किए गए हैं। उच्च अपवर्तनांक (एन = 3.6) के कारण, क्रिस्टल-एयर इंटरफेस पर, एक पर्याप्त उच्च प्रतिबिंब गुणांक (लगभग 35%) प्राप्त होता है, जो प्रतिबिंबित दर्पणों के अतिरिक्त बयान के बिना सुसंगत विकिरण की पीढ़ी को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है। क्रिस्टल के अन्य दो फलक किसी न किसी कोण पर उभरे हुए हैं; प्रेरित विकिरण उनके माध्यम से नहीं बचता है। सुसंगत विकिरण की पीढ़ी पी-एन जंक्शन में होती है, जो दाता अशुद्धियों (ते, से, आदि) के साथ डोप किए गए क्रिस्टल के क्षेत्र में स्वीकर्ता अशुद्धियों (जेडएन, सीडी, आदि) के प्रसार द्वारा बनाई गई है। पी-एन जंक्शन के लंबवत दिशा में सक्रिय क्षेत्र की मोटाई लगभग 1 माइक्रोन है। दुर्भाग्य से, सेमीकंडक्टर लेजर के इस तरह के निर्माण में, थ्रेशोल्ड पंप वर्तमान घनत्व काफी अधिक हो जाता है (लगभग 100,000 एम्पीयर प्रति वर्ग सेमी)। इसलिए, कमरे के तापमान पर निरंतर मोड में संचालित होने पर यह लेजर तुरंत नष्ट हो जाता है और इसके लिए मजबूत शीतलन की आवश्यकता होती है। लेज़र तरल नाइट्रोजन (77 K) या हीलियम (4.2 K) के तापमान पर स्थिर रूप से कार्य करता है।

आधुनिक सेमीकंडक्टर लेजर डबल हेटेरोजंक्शन, अंजीर के आधार पर बनाए जाते हैं। दायी ओर। ऐसी संरचना में, दहलीज वर्तमान घनत्व को परिमाण के दो आदेशों से घटाकर 1000 ए / सेमी किया जा सकता है। वर्ग इस तरह के वर्तमान घनत्व के साथ, कमरे के तापमान पर भी अर्धचालक लेजर का स्थिर संचालन संभव है। लेज़रों के पहले नमूनों ने इन्फ्रारेड रेंज (850 एनएम) में काम किया। सेमीकंडक्टर परत बनाने की तकनीक में और सुधार के साथ, फाइबर ऑप्टिक संचार लाइनों के लिए एक बढ़ी हुई तरंग दैर्ध्य (1.3 - 1.6 माइक्रोन) और दृश्य क्षेत्र (650 एनएम) में विकिरण की पीढ़ी के साथ लेजर दोनों दिखाई दिए। लेज़र पहले से मौजूद हैं जो स्पेक्ट्रम के नीले क्षेत्र में उत्सर्जित होते हैं। सेमीकंडक्टर लेजर का एक बड़ा फायदा उनकी उच्च दक्षता (विद्युत पंप ऊर्जा के लिए विकिरण ऊर्जा का अनुपात) है, जो 70% तक पहुंच जाता है। गैस लेजर के लिए, परमाणु और आयन दोनों, दक्षता 0.1% से अधिक नहीं होती है।

अर्धचालक लेजर में विकिरण उत्पादन प्रक्रिया की बारीकियों के कारण, विकिरण स्पेक्ट्रम की चौड़ाई हे-ने लेजर स्पेक्ट्रम की चौड़ाई से बहुत बड़ी है, अंजीर। दायी ओर।

काम करने वाले समोच्च की चौड़ाई लगभग 4 एनएम है। वर्णक्रमीय हार्मोनिक्स की संख्या कई दसियों तक पहुंच सकती है। यह लेजर सुसंगतता लंबाई पर एक गंभीर सीमा लगाता है। यदि हम सूत्र (1), (5) का उपयोग करते हैं, तो सैद्धांतिक सुसंगतता की लंबाई केवल 0.1 मिमी होगी। हालांकि, जैसा कि माइकलसन इंटरफेरोमीटर पर सुसंगतता लंबाई के प्रत्यक्ष माप और परावर्तक होलोग्राम की रिकॉर्डिंग द्वारा दिखाया गया है, सेमीकंडक्टर लेजर की वास्तविक सुसंगतता लंबाई 4-5 सेमी तक पहुंच जाती है। यह इंगित करता है कि सेमीकंडक्टर लेजर का वास्तविक पीढ़ी स्पेक्ट्रम इतना समृद्ध नहीं है हार्मोनिक्स में और इतना बड़ा समोच्च चौड़ाई काम करने वाला संक्रमण नहीं है, जैसा कि सिद्धांत भविष्यवाणी करता है। हालांकि, निष्पक्षता में, यह ध्यान देने योग्य है कि अर्धचालक लेजर विकिरण की सुसंगतता की डिग्री नमूना से नमूना और इसके ऑपरेटिंग मोड (पंप वर्तमान, शीतलन की स्थिति, आदि) दोनों से बहुत भिन्न होती है।

एक लेज़र के ऑसिलेटिंग सिस्टम में एक सक्रिय माध्यम होता है; इसलिए, लेज़र विकिरण के स्पेक्ट्रम को माध्यम के वर्णक्रमीय गुणों और गुंजयमान यंत्र के आवृत्ति गुणों दोनों द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए। आइए हम माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा के अमानवीय और एकसमान चौड़ीकरण के मामलों में उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के गठन पर विचार करें।

अमानवीय वर्णक्रमीय चौड़ीकरण के साथ उत्सर्जन स्पेक्ट्रम; लाइनें। आइए उस मामले पर विचार करें जब माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा का आकार मुख्य रूप से डॉपलर प्रभाव द्वारा निर्धारित किया जाता है, और माध्यम के कणों की परस्पर क्रिया की उपेक्षा की जा सकती है। वर्णक्रमीय रेखा का डॉपलर चौड़ीकरण अमानवीय है (चित्र देखें। 12.2)।

अंजीर पर। 15.10, ए रेज़ोनेटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया दिखाता है, और अंजीर में। 15.10b माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा के समोच्च को दर्शाता है। आमतौर पर, डॉपलर चौड़ीकरण के साथ वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई =∆ D आसन्न गुंजयमान यंत्र की आवृत्तियों के बीच अंतराल q से बहुत अधिक होती है। मान ∆ q सूत्र (15.2) द्वारा निर्धारित किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक गुंजयमान यंत्र की लंबाई L = 0.5 मीटर के साथ 300 मेगाहर्ट्ज होगा, जबकि डॉपलर प्रभाव के कारण वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई D सूत्र के अनुसार हो सकती है (12.31) लगभग 1 गीगाहर्ट्ज़। इस उदाहरण में, माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई के भीतर D ; तीन अनुदैर्ध्य मोड रखे गए हैं। एक बड़े गुंजयमान यंत्र की लंबाई के साथ, लाइनविड्थ के भीतर मोड की संख्या बढ़ जाती है, क्योंकि आवृत्ति अंतराल q पड़ोसी मोड कम हो जाता है।

डॉपलर चौड़ीकरण अमानवीय है, अर्थात, D से कम चयनित आवृत्ति रेंज में स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन कणों के एक निश्चित समूह द्वारा बनाया जाता है, न कि सभी द्वारा

पर्यावरण के कण। आइए मान लें कि कण की वर्णक्रमीय रेखा की प्राकृतिक लिनिविथ आसन्न मोड के बीच आवृत्ति अंतर से बहुत कम है (उदाहरण के लिए, प्राकृतिक लाइनविड्थ

नियॉन 16 मेगाहर्ट्ज के करीब है)। तब कण जो अपने स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन द्वारा एक निश्चित मोड को उत्तेजित करते हैं, अन्य मोड के उत्तेजना का कारण नहीं बनेंगे।

लेज़र विकिरण स्पेक्ट्रम का निर्धारण करने के लिए, हम Bouguer कानून (12.50) में अवशोषण सूचकांक की आवृत्ति निर्भरता का उपयोग करते हैं। यह सूचकांक संक्रमण के ऊपरी और निचले स्तरों की आबादी के बीच अंतर के समानुपाती होता है। व्युत्क्रम जनसंख्या के बिना एक माध्यम में, >0 और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ऊर्जा के अवशोषण की विशेषता है। उलटा की उपस्थिति मेंæ<0 и определяет усиление поля. В этом случае модуль показателя называют показателем усиления активной средыæ а (æ а =|æ |).

सूत्र (12.44) के अनुसार लाभ æ ए (ν) की आवृत्ति निर्भरता माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा के आकार के साथ मेल खाती है जब स्तर की आबादी स्थिर होती है या मजबूर संक्रमण के परिणामस्वरूप महत्वहीन रूप से बदलती है। ऐसा संयोग देखा जाएगा यदि एक जनसंख्या उलटा बनाया गया है, और लेजर के आत्म-उत्तेजना की शर्तें अभी तक संतुष्ट नहीं हैं (उदाहरण के लिए, कोई गुंजयमान दर्पण नहीं हैं)। अंजीर पर। 15.10, बिंदीदार रेखा ऐसी प्रारंभिक आवृत्ति निर्भरता को दर्शाती है। डॉपलर के वर्णक्रमीय रेखा के चौड़ीकरण के साथ, निर्भरता एक गाऊसी फ़ंक्शन द्वारा व्यक्त की जाती है और इसकी चौड़ाई D होती है जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 15.10, ख.

आइए मान लें कि आत्म-उत्तेजना की स्थिति संतुष्ट है। तब एक कण का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन अन्य कणों के उत्तेजित संक्रमण का कारण बनेगा यदि बाद वाले के स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन की आवृत्ति रोमांचक कण की वर्णक्रमीय रेखा की प्राकृतिक चौड़ाई की सीमा के भीतर होती है। जनसंख्या व्युत्क्रमण के परिणामस्वरूप, ऊपर से नीचे की ओर जबरन संक्रमण प्रबल होगा, अर्थात, ऊपरी स्तर की जनसंख्या घटनी चाहिए, निचले स्तर की जनसंख्या में वृद्धि होनी चाहिए, और लाभ कारक में कमी होनी चाहिए।

गुंजयमान यंत्र में क्षेत्र मोड के गुंजयमान आवृत्तियों पर अधिकतम होता है। इन आवृत्तियों पर, संक्रमण स्तरों की आबादी में सबसे बड़ा परिवर्तन देखा जाएगा। इसलिए, गुंजयमान आवृत्तियों के आसपास वक्र æ a (v) पर डिप्स दिखाई देंगे (चित्र 15.10, c देखें)।

आत्म-उत्तेजना की स्थिति पूरी होने के बाद, गुंजयमान आवृत्तियों पर डुबकी की गहराई तब तक बढ़ जाती है जब तक कि शासन सेट नहीं हो जाता; स्थिर दोलन, जिस पर लाभ स्थिति के अनुसार हानि α के बराबर हो जाएगा (15.13)। प्रत्येक डिप की चौड़ाई कण रेखा की प्राकृतिक चौड़ाई के लगभग बराबर होती है यदि विचारित आवृत्ति पर उत्पन्न शक्ति छोटी हो। अधिक से अधिक शक्ति, और इसलिए क्षेत्र का वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व, जो मजबूर संक्रमणों की संख्या को प्रभावित करता है, व्यापक डुबकी। कम शक्ति पर, एक डुबकी के भीतर लाभ दूसरे डुबकी के भीतर लाभ से स्वतंत्र होता है, क्योंकि प्रारंभिक धारणा के कारण डुबकी ओवरलैप नहीं होती है कि प्राकृतिक लाइनविड्थ गुंजयमान आवृत्तियों के बीच की दूरी से कम है। इन आवृत्तियों पर दोलनों को स्वतंत्र माना जा सकता है। अंजीर पर। 15.10d से पता चलता है कि लेजर उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में गुंजयमान यंत्र के तीन अनुदैर्ध्य मोड के अनुरूप तीन उत्सर्जन लाइनें होती हैं। प्रत्येक विधा की विकिरण शक्ति लाभ के प्रारंभिक और स्थिर मूल्यों के बीच के अंतर पर निर्भर करती है,

जैसा कि सूत्र (15.21) में है, अर्थात, यह अंजीर में संबंधित डिप्स की गहराई से निर्धारित होता है। 15.10, में। हम अनुभाग के अंत में प्रत्येक उत्सर्जन लाइन δν की चौड़ाई निर्धारित करेंगे, और अब हम दिए गए नुकसान के लिए उत्पन्न मोड की संख्या पर पंप शक्ति के प्रभाव पर चर्चा करेंगे।

यदि पंप की शक्ति इतनी कम है कि माध्यम के लाभ का अधिकतम मूल्य (चित्र 15.11, बी में वक्र 1) α के बराबर दहलीज मूल्य तक नहीं पहुंचता है, तो गुंजयमान यंत्र की आवृत्ति प्रतिक्रिया द्वारा निर्धारित कोई भी मोड नहीं है (चित्र 15.11, ए) उत्साहित है। वक्र 2 एक उच्च पंप शक्ति से मेल खाती है, जो यह सुनिश्चित करती है कि माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा की केंद्रीय आवृत्ति 0 थ्रेशोल्ड मान से अधिक हो। यह मामला अंजीर में एक डुबकी से मेल खाता है। 15.11, सी और एक अनुदैर्ध्य मोड की पीढ़ी (चित्र। 15.11, डी)। पंप की शक्ति में और वृद्धि अन्य मोड (वक्र 3) के लिए आत्म-उत्तेजना की शर्तों की पूर्ति सुनिश्चित करेगी। तदनुसार, संकेतक वक्र और उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में गिरावट को अंजीर में प्रदर्शित किया जाएगा। 15.10, खेल में।

वर्णक्रमीय रेखा के समान विस्तार के साथ उत्सर्जन स्पेक्ट्रम। वर्णक्रमीय रेखा का एक समान चौड़ीकरण तब देखा जाता है जब चौड़ीकरण का मुख्य कारण टक्कर है | (या अंतःक्रिया) मध्यम कणों का(§ 12.2)।

मान लें, जैसे कि अमानवीय चौड़ीकरण के मामले में, कि कई गुंजयमान यंत्र eigenfrequencies माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा के भीतर आते हैं। अंजीर पर। 15.12, प्रत्येक मोड p के अनुनाद वक्रों की आवृत्ति और चौड़ाई के संकेत के साथ गुंजयमान यंत्र की आवृत्ति प्रतिक्रिया को दर्शाता है। अंजीर में वक्र 1। 15.12b लेजर स्व-उत्तेजना से पहले जनसंख्या व्युत्क्रम के साथ एक माध्यम के लाभ की आवृत्ति निर्भरता को दर्शाता है।

प्रत्येक कण और पूरे माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा एकसमान चौड़ीकरण के साथ मेल खाती है, इसलिए किसी भी कण का सहज उत्सर्जन उत्तेजना पैदा कर सकता है

अन्य कणों का संक्रमण। नतीजतन, जनसंख्या उलटा के साथ इस माध्यम में मजबूर संक्रमण के दौरान, पीढ़ी (वक्र 2) के दौरान æ ए की आवृत्ति निर्भरता पीढ़ी (वक्र 1) से पहले के आकार में ही रहेगी, लेकिन इसके नीचे स्थित होगी। रेखा के अमानवीय चौड़ीकरण के दौरान देखे गए डिप्स (चित्र 15.11, c देखें) यहां अनुपस्थित हैं, क्योंकि अब माध्यम के सभी कण लेजर विकिरण शक्ति बनाने में शामिल हैं।

अंजीर पर। 15.12, b आत्म-उत्तेजना की शर्तें a > α आवृत्तियों के साथ तीन मोड के लिए संतुष्ट हैं q-1 , νq = ν0 तथा νq+1 । हालांकि, वर्णक्रमीय रेखा 0 की केंद्रीय आवृत्ति पर, सक्रिय माध्यम के माध्यम से विकिरण के प्रति एक मार्ग का प्रवर्धन सूचकांक अधिकतम होता है। बड़ी संख्या में मार्ग के परिणामस्वरूप, केंद्रीय आवृत्ति वाला मोड विकिरण शक्ति में मुख्य योगदान देगा।

इस प्रकार, माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा के एक समान चौड़ीकरण वाले लेज़रों में, उच्च शक्ति (चित्र 15.12, c) के साथ एकल-आवृत्ति शासन प्राप्त करना संभव है, क्योंकि, अमानवीय चौड़ीकरण के मामले के विपरीत, यह शासन को पंप शक्ति में कमी की आवश्यकता नहीं है।

लेजर विकिरण की मोनोक्रोमैटिकिटी. किसी भी क्वांटम उपकरणों में दोलनों की उत्पत्ति सहज उत्सर्जन से शुरू होती है, जिसकी तीव्रता की आवृत्ति निर्भरता माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा की विशेषता होती है। हालांकि, ऑप्टिकल रेंज में, माध्यम की वर्णक्रमीय रेखा की चौड़ाई बाद के उच्च गुणवत्ता कारक क्यू के कारण एक निष्क्रिय (एक सक्रिय माध्यम के बिना) गुंजयमान यंत्र के अनुनाद वक्र ∆ p की चौड़ाई की तुलना में बहुत बड़ी है। P = ν0 /Q का मान, जहाँ ν0 गुंजयमान आवृत्ति है। गुंजयमान यंत्र में एक सक्रिय माध्यम की उपस्थिति में, नुकसान की भरपाई की जाती है (पुनर्योजी प्रभाव), जो गुणवत्ता कारक में वृद्धि और प्रतिध्वनि वक्र की चौड़ाई में कमी p से मान के बराबर है।

आवृत्ति 0 के साथ एकल मोड की पीढ़ी के मामले में, लेजर विकिरण रेखा की चौड़ाई का अनुमान सूत्र से लगाया जा सकता है

जहां पी विकिरण शक्ति है। विकिरण शक्ति में वृद्धि अधिक से मेल खाती है

नुकसान के लिए मुआवजा, गुणवत्ता कारक में वृद्धि और विकिरण रेखा की चौड़ाई में कमी। यदि p =l MHz, ν0 =5 1014 Hz, P =1 mW, तो सिद्धांत ≈ 10-2 Hz, और अनुपात theor /ν 0 ≈2 10-17 । इस प्रकार, उत्सर्जन लिनिविथ का सैद्धांतिक मूल्य अत्यंत हो जाता है

छोटे, परिमाण के कई क्रम अनुनाद वक्रों की चौड़ाई से छोटे होते हैं νp । हालांकि, वास्तविक परिस्थितियों में, ध्वनिक प्रभावों और तापमान में उतार-चढ़ाव के कारण, गुंजयमान यंत्र आयामों की अस्थिरता देखी जाती है, जिससे गुंजयमान यंत्र की प्राकृतिक आवृत्तियों की अस्थिरता होती है और इसके परिणामस्वरूप, लेजर लाइनों की आवृत्तियां होती हैं। इसलिए, उत्सर्जन लाइन की वास्तविक (तकनीकी) चौड़ाई, इस अस्थिरता को ध्यान में रखते हुए, =104-105 हर्ट्ज तक पहुंच सकती है।

लेजर विकिरण की मोनोक्रोमैटिकिटी की डिग्री का अनुमान लेजर विकिरण रेखा की चौड़ाई और लेजर विकिरण स्पेक्ट्रम के लिफाफे की चौड़ाई से लगाया जा सकता है, जिसमें कई विकिरण रेखाएं होती हैं (चित्र 15.10, डी देखें)। चलो =104 हर्ट्ज, ν0 =5·1014 हर्ट्ज, और स्पेक्ट्रम लिफाफे की चौड़ाई o.c .=300 मेगाहर्ट्ज। फिर एक पंक्ति के साथ मोनोक्रोमैटिकिटी की डिग्री δ ν/ν0 ≈ 2·10-11 , और लिफाफे के साथ ν/ν0 ≈ 6·10-7 होगी। लेज़रों का लाभ विकिरण की उच्च मोनोक्रोमैटिकिटी है, विशेष रूप से विकिरण की एक पंक्ति के साथ, या ऑपरेशन के एकल-आवृत्ति मोड में।

§ 15.4. लेजर विकिरण की सुसंगतता, एकरूपता और प्रत्यक्षता

पर जब ऑप्टिकल कंपन पर लागू किया जाता है, तो सुसंगतता प्रकाश कंपन के चरणों के बीच संबंध (सहसंबंध) की विशेषता होती है। लौकिक और स्थानिक सुसंगतता के बीच एक अंतर किया जाता है, जिसके साथ लेज़रों में मोनोक्रोमैटिकिटी और विकिरण की प्रत्यक्षता जुड़ी होती है।

पर सामान्य स्थिति में, जब अंतरिक्ष में दो बिंदुओं पर क्रमशः विकिरण क्षेत्रों के सहसंबंध, एक निश्चित मान द्वारा स्थानांतरित किए गए समय पर का अध्ययन किया जाता है, तो पारस्परिक सुसंगतता फ़ंक्शन की अवधारणा का उपयोग किया जाता है

जहां r 1 और r 2 पहले और दूसरे बिंदुओं के त्रिज्या वेक्टर हैं; ई 1 (आर 1, टी + τ) और ई * 2 (आर 2, टी) क्षेत्र की ताकत के जटिल और जटिल संयुग्म मूल्य हैं इन बिंदुओं। आपसी सामंजस्य का सामान्यीकृत कार्य सुसंगतता की डिग्री की विशेषता है:

जहाँ I (r 1 ) और I (r 2 ) चयनित बिंदुओं पर विकिरण की तीव्रता है। मॉड्यूल γ 12 (τ) शून्य से एक में भिन्न होता है। γ 12 =0 के लिए कोई सुसंगतता नहीं है, मामले में |γ 12 (τ )|=l पूर्ण सुसंगतता है

अस्थायी सुसंगतता और विकिरण की एकरूपता। अस्थायी सुसंगतता अंतरिक्ष में एक बिंदु पर क्षेत्र के मूल्यों के बीच का संबंध है जो कुछ मात्रा से भिन्न होता है. इस स्थिति में, त्रिज्या सदिश r 1 और r 2 पारस्परिक सुसंगतता समारोह की परिभाषा में 12 (आर 1 , आर 2 , ) और फलन 12 (τ .) ) समान होने के लिए, पारस्परिक सुसंगतता फ़ंक्शन एक ऑटोसहसंबंध फ़ंक्शन में बदल जाता है, और सामान्यीकृत फ़ंक्शन एक फ़ंक्शन में बदल जाता है 11 (τ ), जो लौकिक सुसंगतता की डिग्री की विशेषता है।

यह पहले देखा गया था कि सहज संक्रमण के दौरान, एक परमाणु कंपन की गाड़ियों का उत्सर्जन करता है जो एक दूसरे से जुड़ी नहीं होती हैं (चित्र 15.13)। अंतरिक्ष में एक बिंदु पर दोलनों का सहसंबंध केवल ट्रेन की अवधि से कम समय अंतराल में देखा जाएगा। इस अंतराल को कहा जाता है सुसंगतता समय,और इसे सहज संक्रमणों के लिए जीवन भर के बराबर लिया जाता है। सुसंगतता समय के दौरान प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी को कहा जाता है सुसंगतता लंबाई£. 10-8 s £ = c τ = 300 सेमी पर। सुसंगत लंबाई को वर्णक्रमीय रेखा ∆ की चौड़ाई के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है। चूंकि 1/τ, फिर £ ≈ c /∆ .

अस्थायी सुसंगतता और मोनोक्रोमैटिकिटी संबंधित हैं। मात्रात्मक रूप से, मोनोक्रोमैटिकिटी मोनोक्रोमैटिकिटी / ν0 की डिग्री से निर्धारित होती है (देखें § 15.3)। लौकिक सुसंगतता की डिग्री जितनी अधिक होगी, यानी, सुसंगतता का समय उतना ही अधिक होगा, आवृत्ति स्पेक्ट्रम विकिरण द्वारा कब्जा कर लिया जाएगा, और बेहतर मोनोक्रोमैटिकिटी। पूर्ण लौकिक सुसंगतता (τ →∞) के साथ सीमा में, विकिरण पूरी तरह से एकवर्णी (∆ →0) हो जाता है।

आइए हम लेजर विकिरण के लौकिक सुसंगतता पर विचार करें। मान लीजिए कि सक्रिय माध्यम के कुछ कण ने एक क्वांटम उत्सर्जित किया है, जिसे हम दोलनों की एक ट्रेन के रूप में प्रस्तुत कर सकते हैं (चित्र 15.13 देखें)। जब एक ट्रेन दूसरे कण के साथ बातचीत करती है, तो एक नई ट्रेन दिखाई देगी, जिसका दोलन चरण, मजबूर संक्रमण की प्रकृति के कारण, मूल ट्रेन के दोलन चरण के साथ मेल खाता है। इस प्रक्रिया को कई बार दोहराया जाता है, जबकि चरण सहसंबंध संरक्षित रहता है। परिणामी दोलन को एक ट्रेन के रूप में माना जा सकता है जिसकी अवधि मूल ट्रेन की अवधि से बहुत अधिक है। इस प्रकार, सुसंगतता समय में वृद्धि होती है, अर्थात, अस्थायी सुसंगतता और विकिरण की एकरूपता में सुधार होता है।

इस विचार के संबंध में, यह स्पष्ट हो जाता है कि ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र लेजर विकिरण के अस्थायी सामंजस्य को बढ़ाता है, क्योंकि यह सक्रिय माध्यम से ट्रेनों के कई मार्ग सुनिश्चित करता है। उत्तरार्द्ध उत्सर्जक के जीवनकाल में वृद्धि, लौकिक सुसंगतता में वृद्धि और लिनिविथ में कमी के बराबर है

	लेजर विकिरण, 15.3 में चर्चा की गई।
	लेजर विकिरण का सुसंगतता समय निर्धारित किया जा सकता है
	लेजर विकिरण की तकनीकी लाइनविड्थ के माध्यम से । पर
	सूत्र τ =1/2πδ .. =103 हर्ट्ज पर, सुसंगतता समय
	=1.5 10-4 एस है। इस मामले में सुसंगतता लंबाई
	एल = सीτ = 45 किमी। इस प्रकार, सुसंगतता समय और लंबाई
	लेज़रों में सुसंगतता in . से अधिक परिमाण के कई क्रम हैं
	पारंपरिक प्रकाश स्रोत।

स्थानिक सुसंगतता और विकिरण की प्रत्यक्षता, स्थानिक सुसंगतता एक ही समय में अंतरिक्ष में दो बिंदुओं पर क्षेत्र के मूल्यों के बीच संबंध है। इस मामले में, पारस्परिक सुसंगतता समारोह के लिए सूत्र 12 (आर 1 ,आर 2 , ) और सामान्यीकृत जुटना समारोह 12 (τ ) प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए= 0। समारोह 12 (0) स्थानिक सुसंगतता की डिग्री की विशेषता है।

एक बिंदु स्रोत का विकिरण हमेशा स्थानिक रूप से सुसंगत होता है। एक विस्तारित स्रोत की स्थानिक सुसंगतता की डिग्री उसके आकार और उसके और अवलोकन बिंदुओं के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। प्रकाशिकी से यह ज्ञात होता है कि जितना बड़ा स्रोत, उतना ही छोटा कोण जिसके भीतर विकिरण को स्थानिक रूप से सुसंगत माना जा सकता है। सर्वोत्तम स्थानिक सुसंगतता वाली प्रकाश तरंग का अग्रभाग समतल होना चाहिए।

लेज़रों में, विकिरण में एक उच्च प्रत्यक्षता (सपाट सामने) होती है, जो ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र के गुणों से निर्धारित होती है। आत्म-उत्तेजना की स्थिति केवल ऑप्टिकल अक्ष या उसके करीब दिशाओं के लिए गुंजयमान यंत्र में एक निश्चित दिशा के लिए संतुष्ट होती है। दर्पणों से बहुत बड़ी संख्या में परावर्तन के परिणामस्वरूप, विकिरण एक लंबा रास्ता तय करता है, जो स्रोत और अवलोकन बिंदु के बीच की दूरी को बढ़ाने के बराबर है। यह पथ सुसंगतता की लंबाई से मेल खाता है और गैस लेज़रों के लिए दसियों किलोमीटर हो सकता है। लेजर विकिरण की उच्च प्रत्यक्षता भी उच्च स्थानिक सुसंगतता को निर्धारित करती है। यह महत्वपूर्ण है कि लेजर में दूरी बढ़ाने का प्रभाव सक्रिय माध्यम में इसके प्रवर्धन के कारण विकिरण शक्ति में वृद्धि के साथ होता है, जबकि पारंपरिक स्रोतों में स्थानिक सुसंगतता में सुधार प्रकाश की तीव्रता में कमी के साथ जुड़ा होता है।

विकिरण की अस्थायी सुसंगतता का एक उच्च स्तर सूचना संचरण प्रणालियों में लेज़रों के उपयोग को निर्धारित करता है, दूरी और कोणीय वेगों को मापता है, और क्वांटम आवृत्ति मानकों में। उच्च स्तर की स्थानिक सुसंगतता (दिशा) प्रकाश ऊर्जा को प्रभावी ढंग से स्थानांतरित करना और प्रकाश प्रवाह को तरंग दैर्ध्य के बराबर बहुत छोटे आकार के स्थान पर केंद्रित करना संभव बनाती है। यह वैज्ञानिक अनुसंधान और विभिन्न तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक ऊर्जा घनत्व, क्षेत्र की ताकत और हल्के दबाव के विशाल मूल्यों को प्राप्त करना संभव बनाता है।

ऑप्टिकल आवृत्ति मानक - लेज़रोंसमय में स्थिर आवृत्ति के साथ (10 -14 - 10 -15), इसकी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता (10 -13 - 10 -14)। ओ. एस. घंटे भौतिक में उपयोग किए जाते हैं। अनुसंधान करें और व्यावहारिक खोजें। मेट्रोलॉजी, स्थान, भूभौतिकी, संचार, नेविगेशन और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में आवेदन। फ़्रिक्वेंसी डिवीजन ओ.एस. रेडियो रेंज के घंटे ने ऑप्टिकल अवधि के उपयोग के आधार पर समय के पैमाने को बनाना संभव बना दिया। .
ओ. एस. घंटे से अधिक लाभ है क्वांटम आवृत्ति मानकमाइक्रोवेव रेंज: लेजर का उपयोग करके आवृत्ति के मापन से संबंधित प्रयोगों में कम समय लगता है, क्योंकि एब्स। आवृत्ति गैर-लेजर आवृत्ति मानकों की तुलना में 10 4 - 10 5 गुना अधिक है। पेट। तीव्रता और चौड़ाई, जो ऑप्टिकल में आवृत्ति संदर्भ हैं। माइक्रोवेव रेंज की तुलना में 10 5 - 10 6 गुना अधिक रेंज, उसी के साथ संबंधित है। चौड़ाई। यह O. के साथ बनाने की अनुमति देता है। अधिक कम समय के साथ घंटे। आवृत्ति स्थिरता। O. s की आवृत्ति को विभाजित करते समय। h. रेडियो रेंज को संदर्भित करता है। उत्सर्जन लाइन की चौड़ाई व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित रहती है (यदि माइक्रोवेव मानक का उपयोग किया जाता है, तो इसके सिग्नल का उतार-चढ़ाव स्पेक्ट्रम काफी फैलता है जब आवृत्ति 105–106 के कारक से गुणा हो जाती है)। द्विघात की भूमिका डॉपलर प्रभावदीर्घायु सीमित। आवृत्ति स्थिरता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता समान हैं।

स्थिरीकरण का सिद्धांत. लेजर आवृत्ति का स्थिरीकरण, साथ ही साथ रेडियो रेंज के मानक, परमाणु या आणविक गैस (ऑप्टिकल संदर्भ) की वर्णक्रमीय रेखाओं के उपयोग पर आधारित होते हैं, जिसके केंद्र में आवृत्ति "संलग्न" होती है। वीइलेक्ट्रॉनिक स्वचालित प्रणाली का उपयोग करना। आवृत्ति समायोजन। चूंकि लेज़रों की प्रवर्धन रेखाएँ आमतौर पर बैंडविड्थ की तुलना में बहुत बड़ी होती हैं ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र, तब अस्थिरता ( वी) आवृत्ति वीज्यादातर मामलों में पीढ़ी ऑप्टिकल में बदलाव से निर्धारित होती है। गुंजयमान यंत्र लंबाई Main. अस्थिरता के स्रोत मैंथर्मल बहाव, यांत्रिक हैं। और ध्वनिक संरचनात्मक तत्वों की गड़बड़ी, गैस-निर्वहन प्लाज्मा के अपवर्तक सूचकांक में उतार-चढ़ाव। ऑप्टिकल की मदद से बेंचमार्क, ऑटो-ट्यूनिंग सिस्टम आनुपातिक संकेत उत्पन्न करता है। परिमाण और आवृत्ति के बीच अलग होने का संकेत वीऔर आवृत्ति v0वर्णक्रमीय रेखा का केंद्र, जिसकी सहायता से लेज़र आवृत्ति को रेखा के केंद्र में ट्यून किया जाता है (= वि V0= 0)। संबंधित सटीकता को व्युत्क्रमानुपाती सेट करना। स्पेक्ट्रल लाइन (- लाइन चौड़ाई) और सिग्नल-टू-शोर अनुपात का उत्पाद जब इसे प्रदर्शित किया जाता है।
एक संकीर्ण उत्सर्जन रेखा और उच्च कम समय प्राप्त करने के लिए। आवृत्ति स्थिरता (समय के साथ स्थिरता), आवृत्ति गड़बड़ी की विशेषता सीमा से काफी अधिक चौड़ाई के साथ पर्याप्त उच्च तीव्रता के संदर्भ बिंदुओं का उपयोग करना आवश्यक है। गैस लेजरध्वनिक स्पेक्ट्रम की विशेषता चौड़ाई। गड़बड़ी ~ 10 3 - 10 4 हर्ट्ज, इसलिए आवश्यक अनुनाद चौड़ाई हर्ट्ज (संदर्भित, चौड़ाई 10 -9 - 10 -10) है। यह स्वचालित प्रणालियों के उपयोग की अनुमति देता है। प्रभाव के लिए एक विस्तृत बैंड (10 4 हर्ट्ज) के साथ आवृत्ति समायोजन। गुंजयमान यंत्र की लंबाई में तेज उतार-चढ़ाव का दमन।
उच्च स्थायित्व प्राप्त करने के लिए स्थिरता और आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता ऑप्टिकल की आवश्यकता है। उच्च गुणवत्ता कारक की रेखा, क्योंकि यह डीकंप के प्रभाव को कम करता है। रेखा के केंद्र के आवृत्ति बदलाव पर कारक।

ऑप्टिकल संदर्भ बिंदु. संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखाएँ प्राप्त करने के लिए माइक्रोवेव रेंज में उपयोग की जाने वाली विधियाँ ऑप्टिकल में अनुपयुक्त निकलीं। वर्णक्रमीय क्षेत्र (माइक्रोवेव रेंज में डॉपलर चौड़ीकरण छोटा है)। ओ के लिए के साथ। विशेष रूप से महत्वपूर्ण विधियां हैं जो वर्णक्रमीय रेखा के केंद्र में अनुनाद प्राप्त करना संभव बनाती हैं। इससे विकिरण आवृत्ति को सीधे क्वांटम संक्रमण की आवृत्ति से जोड़ना संभव हो जाता है। तीन तरीके आशाजनक हैं: संतृप्त अवशोषण की विधि, दो-फोटॉन अनुनाद, और दूरी ऑप्टिकल की विधि। खेत। मुख्य लेजर आवृत्ति स्थिरीकरण के परिणाम संतृप्त अवशोषण विधि का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे, जो गैस के साथ प्रकाश तरंगों के प्रतिप्रचार के गैर-रेखीय संपर्क पर आधारित है। कम दबाव वाली गैस के साथ एक गैर-रैखिक रूप से अवशोषित सेल लेजर रेज़ोनेटर (सक्रिय संदर्भ) के अंदर और इसके बाहर (निष्क्रिय संदर्भ) स्थित हो सकता है। संतृप्ति प्रभाव (एक मजबूत क्षेत्र में गैस कणों के जनसंख्या स्तर के बराबर) के कारण, डॉपलर-विस्तारित अवशोषण रेखा के केंद्र में एक समान चौड़ाई के साथ एक डुबकी दिखाई देती है, किनारे से 10 5 - 10 6 गुना कम हो सकता है डॉपलर चौड़ाई। एक आंतरिक अवशोषित सेल के मामले में, लाइन के केंद्र में अवशोषण में कमी से पीढ़ी आवृत्ति पर बिजली की निर्भरता के समोच्च में एक संकीर्ण शिखर की उपस्थिति होती है। कम दबाव वाली आणविक गैस में एक गैर-रेखीय अनुनाद की चौड़ाई मुख्य रूप से एक प्रकाश किरण के माध्यम से एक कण की उड़ान के परिमित समय के कारण टकराव और प्रभावों से निर्धारित होती है। अनुनाद की चौड़ाई में कमी इसकी तीव्रता (दबाव के घन के आनुपातिक) में तेज गिरावट के साथ होती है।
नायब। सापेक्ष के साथ संतृप्त अवशोषण के संकीर्ण अनुनाद, सीएच 4 में घटकों पर चौड़ाई 10 -11 प्राप्त की गई थी इदोलन-घुमाना। पंक्तियां आर(7) पट्टियां वी 3 (देखें आणविक स्पेक्ट्रा), जो = 3.39 माइक्रोन पर हीलियम-नियॉन लेजर की लाभ रेखा के केंद्र के करीब हैं। लाभ और अवशोषण लाइनों का सटीक मिलान करने के लिए, 22 Ne का उपयोग किया जाता है और लेजर सक्रिय माध्यम में He दबाव बढ़ाया जाता है या सक्रिय माध्यम को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है। क्षेत्र (के लिए इ-अवयव)।
ओ. की योजना के साथ। घंटे, अल्ट्रा-संकीर्ण अनुनाद का उपयोग करते हुए (10 -11 - 10 . की सापेक्ष चौड़ाई के साथ) - 12 ) एक संदर्भ के रूप में, एक संकीर्ण उत्सर्जन रेखा के साथ एक सहायक आवृत्ति-स्थिर लेजर 2, एक ट्यून करने योग्य लेजर 2, और एक संकीर्ण अनुनाद (छवि 1) प्राप्त करने के लिए एक प्रणाली शामिल है। एक ट्यून करने योग्य लेजर की संकीर्ण उत्सर्जन रेखा, जिसका उपयोग एक सुपरनैरो प्रतिध्वनि प्राप्त करने के लिए किया जाता है, इस लेज़र को एक स्थिर के साथ लॉक करके चरण प्रदान किया जाता है।

चावल। 1. ऑप्टिकल आवृत्ति मानक की योजना: CHFAP - आवृत्ति-चरण ऑटो-ट्यूनिंग; सुर - अति-संकीर्ण अनुनाद प्राप्त करने की प्रणाली; एएफसी - स्वचालित आवृत्ति नियंत्रण प्रणाली; जेडजी - ध्वनि जनरेटर; आरजी - रेडियो जनरेटर; डी - फोटो डिटेक्टर।

दीर्घकालिक ट्यून करने योग्य लेज़र की स्थिरता एक चरम ऑटो-ट्यूनिंग सिस्टम का उपयोग करके इसकी आवृत्ति को अधिकतम अल्ट्रानैरो रेजोनेंस में सुचारू रूप से ट्यून करके प्राप्त की जाती है। इस मामले में, एक साथ उच्च अल्पकालिक मूल्य प्राप्त करना संभव है। और दीर्घायु। स्थिरता और आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता।
आवृत्ति स्थिरता। नायब। उच्च आवृत्ति स्थिरता IR रेंज में एक आंतरिक के साथ He-Ne लेज़र (= 3.39 सुक्ष्ममापी) के साथ प्राप्त की गई थी। अवशोषण कोशिका। क्योंकि एब्स। इसकी आवृत्ति उच्च सटीकता (10-11) के साथ जानी जाती है, तो इस लेजर का उपयोग स्टैंडअलोन के रूप में किया जा सकता है। एब्स को मापने के लिए माध्यमिक आवृत्ति मानक। ऑप्टिकल में आवृत्तियों। और आईआर बैंड। ऐसे लेजर का उत्सर्जन लिनिविथ 0.07 हर्ट्ज (चित्र 2) है। औसत समय के लिए आवृत्ति स्थिरता = 1 - 100 s 4 x 10 -15 (चित्र 3) के बराबर है।
दीर्घकालिक दूरबीन के साथ He-Ne-lasers की स्थिरता और आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता। बीम विस्तार, अवशोषण लाइनों पर सीएच 4 में अनुनादों द्वारा स्थिर एफ 2 2 और इ(ऊपर देखें) ~10 11 के गुणवत्ता कारक के साथ ~10 -14 तक पहुंचें। आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता और सटीकता को सीमित करने वाला प्रमुख कारक द्विघात है।

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वी. पी. चेबोटेव.