63染料雷射.DOC

雷射的製造 以下我們會簡單講解雷射的製造雷射的方法。 一. 雷射共振腔 圖六概要地解釋一支典型雷射共振腔的結構。 ( 鏡1及鏡1 – 鏡1的反射能力約99.5%或以上。 ( 鏡2可稱為輸出鏡，其反射率普遍有90%至98%。 ( 特點: (1) 鏡1與鏡2非常平坦，大約是~(/20 (( - 雷射的波長). (2) 鏡1與鏡2被排列成極之平行 (見練習)。 ( 注意: (1) 鏡1與鏡2是多層電介質的鏡子。 (2) 睡房內的鏡子的反射率是多少? 可以用在雷射共振腔嗎? (3) 有些雷射共振腔會用凹鏡，為什麼? 二. 增益 (Amplified放大) ( 表示擁有位於能級A電子的原子。如果在共振腔中發生種群倒置及輸出鏡的反射率夠高時，共振腔內的光就會增加，即是光子的數目隨著時間增加。若果被釋放出來的光子p1在兩面鏡子之間來回走動多次，這個過程就會產生更多光子(見練習)。 注意:受激發射會因為共振腔的牆而損失能量(圖8)。 三. 雷射光的特性 ( 單頻 (或單一波長), 亦可稱之為單色光。 ( 相干的: 光子單相地震動。 ( 光束: Gaussian, i.e. 以z的函數表示光強度: , I0 是常數，而( 是剖面圖的闊度。 注意: 雷射的光強度可能有其他的分佈，可參考圖12。圖內同樣地以z的函數表示光波(於某一刻)的電場。 ( 小型光束的散射 典型(值約0.5 ( 10(3弧度 例: 地球與月球平均距離 = 3.8 ( 105 公里 光束於月球上的半徑 = 0.5 ( 10(3 ( 3.8 ( 105 公里 = 1.9 ( 102 公里 ( 200 公里 (頗短!) 四. 增益 (活性) 介質 增益解作信號被放大了(雷射中的能級A)。在雷射共振腔內達到種群倒置情況並產生雷射的物質可以有以下的狀態: ( 氣態 ( 液態 ( 固態 五. 雷射的分類 雷射有以下的分類方法: (A) 以活性介質分類 ( 氣體電射，例如:氦氖雷射、正氬離子雷射、二氧化碳雷射、氮雷射、氫氰酸雷射。 ( 染料雷射，其活性介質是液態溶劑內的染料分子(有時候是固態溶劑)。 ( 固態雷射 – 滲雜的晶體或玻璃，例如紅寶石雷射、鈦藍寶石雷射和半導體雷射。 (B) 以操作模式分類 ( 順時針 ( 脈衝式(見練習) (C ) 以激發及雷射能級分類 ( 3能級雷射 ( 4能級雷射 六. 例子 我們會以幾個有特色的雷射作例子說明他們的特質。 6.1 氦氖雷射 氦氣壓: ~ 1 托 (1 托等於1 公釐水銀柱的壓強) 氖氣壓: ~ 0.1 托; 最常見的輸出波長是632.8 奈米(紅色) 輸出功率: 0.5 ( 10(3 至25 ( 10(3 瓦特 注意: 近年橙色(波長612.0奈米)、黃色(波長594.0奈米)及綠色(波長543.5奈米)的雷射已出現，它們的輸出功率普遍約為0.2 ( 10(3 瓦特。 6.2 脈衝式二氧化碳雷射 [橫向大氣壓激勵二氧化碳雷射] ( 雷射共振腔內充滿了大氣壓強的二氧化碳。 ( 火星塞產生電荷，以助兩支電極放電。 ( 兩支電極的表面必需極之平滑以防止局部放電。 ( 脈衝寬約 ~1 奈秒 = 10(9 秒。 ( 10.6 微米波長，與紅外線相差甚遠。 注意: 常用的氮氣雷射也是用相同的方式製造，它所製造出來的雷射波長為337.1奈米(於紫外光的色譜內) 練習: 一顆電子需要多久才可在20000伏特下行走約一厘米的長度? 6.3 染料雷射 ( 激發來源 – 常用的是藍色、綠色、紫色和紫外光雷射。 ( 雙色鏡 – 讓約90%的激發雷射光穿過，通常反射出來的光是黃色或紅色，而其反射率則約99.5%。 ( 染料需要不斷流動以避免加熱。 ( 可調式 – 把一透明板(或楔子)加入雷射腔中就可以將腔的屬性改變，因此產生出來的雷射的波長也能改變。 ( 缺點:若染料經激發雷射光長期輻照，染料降解就會出現。故此染料需要每2星期更換一次，可惜這樣就變得費時失事了。 ( 生產短脈衝 – 可以生產約10(14 秒寬的脈衝(見練習)。注意: 如果要生產這類短脈衝的雷射，我們會用染料噴射器而非染料細胞。 用染料噴射器的原因: 當一短脈衝經過一塊寬厚(約幾厘米)的物料(例如玻璃、水或其他)後，它的脈衝寬度會增加。 6.4 鈦藍寶石雷射 鈦藍寶石是滲雜了正鈦離子的藍寶石。用一塊鈦藍寶石代替染料就能生產出鈦藍寶石雷射了。 相比其他非金屬的物質，它的導熱性很好，因此我們選擇了藍寶石。 ( 優點 – 活性介質不會產生降解作用。 ( 可