مرجع دانلود مقاله , تحقیق و جزوه های دانشگاهی
دسته بندی محصولات

دانلودمقاله لیزر

دانلودمقاله لیزر

 

 

 

 

دانلودمقاله لیزر 220 ص

 

فيزيك ليزر:

قبل از شرح قسمتهاي مختلف يك دستگاه ليزر, لازمست مختصري در مورد فيزيك اتمي و پديده جذب و گسيل یادآوری گردد. در مورد فيزيك ليزر هر اتم بسته به ترتيب و نظم الكترونهاي آن روي مدارات آن, داراي انرژي خاصي است كمترين ميزان انرژي ممكن براي يك اتم در سطح پايه Eo است كه الكترون ها به هسته نزديك هستند. در واقع ميزان اين انرژي وقتي تغيير مي كند كه يك الكترون از مدار خود به مدار مجاورش جهش كند. بنابراين,‌ يك اتم وقتي دست خوش تغيير وضعيت انرژي مي شود كه يا به آن فوتون اعمال كرد و يا در اثر اصابت يك الكترون به آن, موجب تحريك شويم يعني از آنجايي كه فوتون يك ذره نوراني عاري از وزن و بار الكتريكي است وقتي اين فوتون كه با سرعت نور C‌ حركت مي كند و داراي انرژيE, كه به فركانس تابش  بستگي دارد, E=h كه h همان ثابت پلانك است, در برخورد با اتم جذب آن شده و آن اتم را به حالت تحريك شده يعني سطح انرژي E1 انتقال مي دهد بنابراين اگر انرژي فوتون يك اشعه حادث (محرك) E باشد اختلاف انرژي دو سطح اتم برابر با آن خواهد بود يعني  E1-  E= E0

بنابراين در حالت تحريك شده اتم ثباتي ندارد و خودبخود در پايان يك زمان معين به حالت اوليه خود بر مي گردد يعني از يك سطح انرژي بالاتر به يك سطح انرژي پايين بر مي گردد و در طي همين گذر يك فوتون آزاد ميكند و به حالت اوليه خود بر مي گردد.

پس اين انرژي جذب كرده از فوتون اشعه حادث را به صورت فوتون با همان فركانس آزاد مي كند اين پديده را گسيل خودبخودي Spontaneous Emission مي گويند بنابراين انتشار نور زماني صورت مي گيرد كه ذرات منتشر شده از يك سطح بالاتر به يك سطح پايين تر انرژي بروند چون معمولاً آنها در حالت اصلی خود Fondamental state و با انرژي حداقل بسر مي برند حال براي آنكه الكترون به تراز بالاتر برود, انرژي فوتون اشعه حادث باعث اين ارتقاء مي شود ولي اتم تمايلي ندارد  در اين حالت باقي بماند پس در بازگشت خود به حالت انرژي حداقل, فوتون را آزاد مي كند كه اين فوتونها به صورت تابشي نوراني پس داده مي شوند. اين عمل دريافت انرژي پس داده شده توسط اتم را جذب گويند.

مي دانيم بر طبق قانون بولتزمن, مولكولها و اتمها در پايين ترين سطح الكتروني هستند و براي ايجاد يك انتشار نوراني لازمست اتم را تحريك نمود تا يك نوع وارونگي جمعيت Population Inversion به دست آيد اين تحريك همانطور كه گفته شد توسط فوتون يك اشعه حادث با انرژي E صورت مي گيرد. بنابراين در يك انتشار نوراني از يك فوتون, دو فوتون به دست مي آيد كه هر كدام از اينها به نوبه خود با يك اتم تحريك شده ديگر برخورد خواهند كرد و در نتيجه, چهار فوتون مشابه توليد خواهند كرد و اين تسلسل به ميزان و تعداد اتمهاي معكوس شده ادامه مي يابد پس بدين طريق انرژي اوليه تقويت قابل ملاحظه اي پيدا خواهد كرد و از آنجايي که فوتونهاي آزاد شده داراي فركانس و فاز و جهت يكسان هستند, منجر به پديده تشعشع تحريك stimulated Emission مي شود كه وقتي در يك كاواك يا حفره ليزري قرار گيرد, نور كاملاً يكرنگ و هدايت شده بوجود خواهد آمد.

نكته قابل توجه اينست كه بايد ماده اي انتخاب شود تا ضريب تقويت آن بالا باشد تا در نتيجه, با وجود تلفات انرژي, بتواند انرژي مفيد قابل توجهي ايجاد كند. حال براي تفسير كامل مطالب فوق يعني نحوه توليد نور ليزر, ابتداً قسمتهاي اصلي يك دستگاه ليزر را بررسي مي كنيم:

(1) محيط فعال Active Medium: اين محيط داراي ماده واسط كه ماده اصلي قابل يونيزه شدن است تا بتوانند توسط تشعشع تحريكي از يك منبع نوري انرژي گرفته و اشعه نوراني توليد كند، اين ماده را ماده فعال نيز مي نامند. اتمهاي اين ماده فعال قابل تحريك و معمولاً يك يا دو كوانتوم انرژي بيشتري از اتم در حالت اصلي خود دريافت كرده اند و به حالت نيمه پايدار Meta stable state مي رسند و در اين حالت به مدت نسبتاً طولاني باقي مي مانند تا بقيه اتم هاي اين ماده نيز تحريك شده و در نتيجه تعداد اتم هاي تحريك شده از اتم هاي سطح زمينه بيشتر شود كه اين همان وارونگي جمعيت Population Inversion چون اين اتم هاي تحريك شده تمايل به بازگشت به سطح اوليه خود را دارند به محض بازگشت اتم به حالت عادي, انرژي دريافت كرده را به صورت فوتون آزاد مي كند كه بصورت گسيل خودبخود  (spontaneous Emission) از آن ياد مي برند. زيرا اين فوتون به طريق آزادسازي خودبخودي (فلورسانس) پديد آمده است.

براساس اين روند فوتون آزاد شده از يك اتم,‌ در برخورد با اتم تحريك شده ديگر, باعث پيدايش دو فوتون مشابه مي شود. به همين طريق فوتون هاي پديد آمده, در برخورد با دو اتم تحريك شده و ديگر, سبب ايجاد چهار فوتون شده و اين روند به طور تصاعدي ادامه پيدا مي كند و منجر به توليد فوتون هاي بسياري مي گردد كه اين پديده را گسيل تحريكي stimulated Emission مي نامند. بنابراين مجموع بسته های انرژی فوتون ها كه داراي فركانس و فاز و جهت يكسان هستند، همان طيف نور ليزر را تشكيل مي دهد. چون كوانتوم هاي انرژي مساوي است, طول موج حاصل نيز, همرنگ و بستگي به نوع ماده فعال يعني سطوح انرژي لايه هاي خارجي الكتروني آن دارد. در واقع نوع ماده فعال مورد استفاده, مقدار انرژي فوتون يا طول موج آن را تعيين مي كند.

(2) تشديد كننده ليزري Laser Medium فوتون هاي جاري به موازات محور اپتيكي به آينه تمام بازتابان كه در انتهاي محيط فعال تعبيه شده برخورد و منعكس مي شود در نتيجه فوتونها به داخل محيط فعال رانده مي شوند تا با برخورد با اتم هاي تحريك شده ديگر در ايجاد فوتون هاي جديد شركت كنند. فوتون گسيل شده از طرف ديگر محيط فعال كه داراي آينه نيمه شفاف مي باشد به خارج منتشر مي شود (آينه نيمه بازتابان).

قسمتي از فوتون ها كه در جهت محور محفظه حركت نمي كنند به ديواره اطراف برخورد كرده و انرژي خود را بصورت گرما به اطراف آزاد مي كنند و از دور فعاليت خارج مي گردند.

(3) سيستم دمش (Pumping) در واقع بعنوان يك منبع انرژي براي آماده ساختن (پمپاژ) ماده فعال و تزريق انرژي به اتم ها و مولكولهاي آن استفاده می شود و با روش هایی كه به صورت پمپاژ نوري (Optical pumping) و يا پمپاژ شيميايي (chemical Pumping) و يا پمپاژ حرارتي (heat Pumping) و يا پمپاژ الكتريكي (electrical Pumping) استفاده مي شود. در مورد آخري، پمپاژ برقي توسط تخليه الكتريكي فوق العاده شديد در مخزن گازي صورت مي گيرد. اين تخليه، اتم ها و مولكول هاي گاز را به الكترون هاي فعال تبديل نمود. تراكم فشرده تر در تراز بالا را سبب مي شود. برخورد Collision اتم ها و مولكولها گاز به خاطر اينكه موجبات تشديد (رزونانس) انرژي مي شود از اهميت ويژه اي برخوردار است. در اثر پمپاژ ماده فعال در حفره ليزري (كاواك), دسته طيف نوراني ليزر توليد مي شود كه حفره را از طريق آينه نيمه بازتابان در مي نوردد. يعني به محض اينكه پمپاژ شروع مي شود مقدار زيادي از اتم ها از مخزن ليزر حالت تهييجي خود را افزايش مي دهند. نشر تابش در تمام جهات صورت مي گيرد و نور صادره بوسيله بازتاب هاي متعدد آينه هاي موازي ابقاء و حفظ مي شود و شدت آن از طريق پديده نشر برانگيخته افزایش پيدا ميكند. اين نشر برانگيخته با هر عبور طول موج از حفره ليزر به مقياس فزاينده اي مي رسد و بين تابشي كه حفره از طريق آينه نيمه بازتابان مي نوردد و ميزان پمپاژ براي ايجاد تراكم معكوس population Inversion به سرعت تعادل برقرار مي شود و اين اشعه توليد شده صفات مميز اي چون همدوسي و تكفامي از خود نشان مي دهد. البته نسبت توان اشعه به توان پمپاژ را بازده ليزر (Efficiency of laser) تعريف مي كنند.

ويژگي هاي اصلي نور ليزر:

الف) تكفامي نوري (monochromatical) بستگي به طول موج ويژه هر ليزر و ميزان خلوص آن دارد كه در ساير منابع نوراني ديگر وجود ندارد مثلاً در يك چشمه نور عادي با شدت زياد از آنجايي كه انرژي آن در محدوده وسيعي از طول موجها توزيع گرديده است, نمي تواند نور تكفام با شدت زياد بدست آورد. در اصل اشعه ليزر در يك محدوده فركانسي مشخص، منتشر مي شود كه بستگي به نوع ماده, محيط فعال ليزر و فضاي تشديد كننده آن دارد.

ب) همدوس (coherence) بستگي به فاز آن دارد يعني تمامي فوتون هاي تشكيل دهنده يك دسته اشعه به طريق منظم و با يك فاز منتشر مي شوند. در اصل قسمت عمده منابع نوري مورد استفاده حاصل گسيل خودبخودي است اما در نور ليزر, كه از طريق پديده گسيل القايي Stimolated Emission توليد مي شود, كوانتومها (اتم ها- مولكولها و يونها) همه دقيقاً همزمان در يك راستا انتشار مي يابند و دقيقاً هم فازند پس بنابراين همدوسند (coherent). البته در موردي كه كوانتومها راستاهاي مختلف و اختلاف فاز داشته باشند, ناهمدوسند. (noncoherent).

 وقتي مي گويم نور ليزر همدوس است يعني كوانتومهاي آن داراي هماهنگي كامل و امواج آن هم فازند پس طول موج يكسان آنها باعث تكرنگي و كوانتومها انرژي مساوي دارند پس اين نور در يك راستا و موازي است.

 در مورد نمودهاي تابش TEM(Transvers-electromagnetic) مي دانيم تمام ليزرها انرژي را بصورت يك باريكه موازي نور, كه توزيع شدت در ستون اشعه آن يكسان است, صادر مي نمايند (البته اگر اختلافي باشد اساساً مربوط به محيط تحريك شده و يا تشديد كننده و غيره دارد.) وقتي حداكثر تابش در مركز صفحه عمود بر محور توزيع تابش Propagation Axis, وجود دارد تابش به صورت نمود اصلي(fondmental mode)  TEM0,0 نمايانده مي شود. در واقع ناپديد شدن تدريجي شدت بصورت گوسي است, در حاليكه براي نمودTEM0,1 (higher order mode)  (donut mode) دو كوهانه با تعقر در مي آيد. اثر تابش در این حالت بر محور اصلی، حداقل و با افزایش شعاع از این محور، در روی دایره ای که مرکز آن بر محور منطبق است، به حداکثر می رسد. در عمل اندازه لكه نوراني (Spot size) بر مبناي فاصله شعاع اين دايره نوراني از مركز منطبق با محور اصلي ارزيابي مي شود براي كاربرد جراحي بايد اشعه ليزر را براي كسب چگالي با توان بالا كانوني تر نمود يعني شعاع كانون حداقل كه بر مبناي منحني گوسي از رابطه :

فاصله کار اشعه                                            

طول موج λ

قطر عدسي تمرکز دهنده Dدر واقع برهمکنش کيفي تابش الکترومغناطيس با ماده صرفاً فرکانس تابش بستگي دارد و به شدت تابش بستگي ندارد يعني هرچه تابش ها پر انرژي تر باشند قدرت نفوذ در بافت بيشتر مي شود مثل اشعه γ و اشعه x.

اما هر چقدر طول موج تابش افزايش يابد، انرژي آن رو به کاهش مي گذارد و برهمکنش با پيوندهاي ملکولي منجر به شکستن پيوندهاي مولکولي بافت و يونيزه شدن آن نمي شود و اثرات غير حرارتي آن مهيا مي شود. در مورد برهمکنش کمي که بستگي به شدت تابش انرژي کل صرف شده در بافت و ميزان ذخيره انرژي در طول موج تابش دارد، همانطور که قبلاً نيز گفته شد هنگام برخورد پرتوي ليزر به بافت بيولوژيک برهمکنش هم به پارامترهاي ليزر و هم به خواص اپتيکي بافت (که عبارت بودند از بازتاب، پراکندگي، جذب که اشتراکاً عبور را تعيين مي کنند) بستگي دارد.

اگر بخواهيم در مورد جذب و پديده استهلاک طول موج گفته باشيم، فرض مي کنيم شدت ستون اشعه موازي It که به لايه نازکي از يک بافت با ضخامت x برخورد نمايد.

اگر Ir بخش بازتاب يافته و Io بخش جذب شده و I بخش عبور کرده باشد حاصل:

It-Ir=I

ضمن اينکه رابطه بين I و Io بصورت: I=Io×10-αx که در آن ضريبα  ثابت يا همان ضريب جذب که متناسب با طول موج تابش و ترکيب فيزيکي و شيميايي بافت جذب کننده است. حال وقتي ضخامت صفحه   باشد شدت تابش عبور يافته بصورت:

يعني 90% درصد تابشي که به بافت رخ مي دهد در ضخامت  جسم جذب مي گردد. در واقع ضخامت  L مانند α، به خصوصيات جذبي ماده مربوط مي شود و «استهلاک طول موج» خوانده مي شود. هرگاه ضخامت 2L باشد صفحه دوم با ضخامت L،  90% از 10% را که به آن برخورد مي کند، جذب خواهد کرد و يک درصد از اشعه اصلي باقي مي ماند که آن را از خود عبور مي دهد. اگر سه استهلاک طول موج 3L  فرض شود عملاً اشعه اي براي تابش نخواهد ماند که از اين صفحات عبور کند.

معمولاً امواج طيف نور ليزر در عبور از يک بافت، بخاطر عدم تجانس در مواد تشکيل دهنده بافت هاي زنده، در ستون موازي اشعه حالت توازي خود را از دست مي دهند و تغيير جهت مي دهند. اين انحراف در تمامي جهات صورت گرفته و تابش با حجم بيشتر به صورت مخروطي است و نه استوانه ايي، که به آن تفرق مي گويند. تفرق زماني بالا خواهد بود که ماده غيرمتناجس و جذب ماده پايين باشد. در عمل بدليل پديده جذب در طي برهمکنش، بافتي که در معرض انرژي تابشي ليزر است،  براساس خصوصيات جذبي و تفرق، حجمي از بافت تعيين مي گردد که به آن حجم بحراني (Vcr) (Critical volume) اطلاق مي گردد. Vcr استوانه اي است داراي مقطع عرضي در ستون اشعه در طولي که براي استهلاک طول موج ليزر مي باشد يعني:                                    =A×L  Vcr

مثلاً در مورد ليزر Nd:YAG شکل Vcr، بدليل طول موج اين ليزر، پيچيده و تفرق آن زياد است و شدت اشعه بالاست يعني مي توان آنرا همانند استوانه اي در نظر گرفت که در ازاي آن استهلاک طول موج مؤثر Leff و سطح مقطع متوسط Aavv آن چندين برابر سطح مقطع ستون اشعه مي باشد. در شرايطي که ستون اشعه ليزر داراي سطوح مقطع يکسان و داراي توان برابري باشند، ليزر Nd:YAG براي توده هاي حجمي بزرگتر بافت، گرما زا بوده و تأثير متناسب بر جاي مي گذارد.

در ليزر از سه پديده اساسي كه نتيجه برهمكنش موج الكترومغناطيسي (em) با ماده‌اند، استفاده مي‌شوند. اين سه فرآيند به ترتيب عبارتند از گسيل خودبخود، گسيل القايي و جذب.

1ـ گسيل خود بخود: در يك اتم دو تراز 1 و 2 با انرژي‌هاي E1 و E2 را در نظر مي‌گيريم كه اگر تراز 1 پايه در نظر گرفته شود، در اين حالت E2 < E1 است. اكنون فرض مي‌كنيم اتمي از ماده ابتدا در تراز 2 باشد، از آنجايي كه E2>E1 ، اتم به فروافتادن به تراز 1 پايه گرايش پيدا مي‌كند. بنابراين اختلاف انرژي hv=E2-E1  آزاد شود وقتي اين اختلاف انرژي بصورت منبع الكترومغناطيسي گسيل شود آنرا گسيل خودبخود يا تابشي مي‌گويند فركانس موج تابش‌شده از رابطه زير بدست مي‌آيد كه درآن h ثابت پلانك است  البته ما در كل دو طريق فرو افت داريم: فروافتي كه اتم از تراز 2 به تراز 1 بدون تابش صورت مي‌گيرد و همينطور فروافتي كه با تابش همراه است. در صورتي كه بدون تابش باشد ممكن است بصورت انرژي جنبشي، چرخشي و يا الكتروني مولكولهاي محيط منتقل شود) پس آهنگ فروافت N2 تعداد اتم در واحد حجم مربوط به تراز 2، در تراز پايه را بصورت:

كه در آن A ضريب اينشتن و طول عمر گسيل خودبخود است. در اين پديده رابطه فازي معيني بين موج گسيل شده از يك اتم و موجي كه از اتم ديگر گسيل مي‌شود وجود ندارد و امواج در كليه جهات گسيل مي‌شوند.

2ـ گسيل القايي:

مجدداً فرض مي‌كنيم اتم در ابتدا در تراز 2 قرار گرفته، اگر موج الكترومغناطيسي با فركانس فرودي  بر اتم فرود آيد كه اين فركانس برابر فركانس گسيل خودبخود باشد اين احتمال وجود دارد كه اين موج، اتم را به گذار 1à2 وا دارد.در اين مورد اختلاف انرژي E2-E1 آزاد شده به صورت موج الكترومغناطيسي به موج فرودي افزوده مي‌شود. اين پديده را گسيل القايي مي‌نامند بنابراين چون در اين فرآيند اعمال موج الكترومغناطيسي فرودي صورت مي‌گيرد، گسيل هر اتم بصورت همفاز با موج فرودي خواهد بود ضمن اينكه به آن نيز افزوده ميشود بنابراين موج فرودي جهت موج گسيل را نيز تعيين مي‌كند پس داريم: كه آهنگ گذارهاي 1à2 در نتيجه گسيل القايي است  و W21 احتمال گذار القايي ناميده مي‌شود كه بر خلاف ضريب A ، نه تنها به گذار بخصوصي بستگي دارد، بلكه به شدت موج الكترومغناطيسي فرودي نيز بستگي دارد. يعني براي موج تخت الكترومغناطيسي‌ داريم  كه در آن F شار فوتون موج فرودي و كميتي است كه داراي ابعاد سطحي و به آن سطح مقطع گسيل مي‌گويند و تنها به گذار موردنظر بستگي دارد.

3ـ جذب:

اكنون فرض مي‌كنيم اتم ابتدا در تراز 1 پايه باشد. ميدانيم اتم در اين تراز باقي مي‌ماند مگر آنكه نيرويي خارجي به آن اعمال شود. اگر موج الكترومغناطيس با فركانس  به ماده برخورد كند احتمال اينكه اتم از تراز پايه به تراز بالاتر 2 برود معين است پس اختلاف E2-E1 مورد احتياج اتم براي اين گذار از انرژي موج الكترومغناطيس فرودي تأمين مي‌شود پس آهنگ جذب W12 :

ضمن اينكه احتمال گذار جذب ناميده ميشود كه در آن سطح مقطع جذب كه فقط به نوع بخصوص‌گذار بستگي دارد

نتايج هر سه فرآيند به قرار زير است:

1ـ در گسيل خودبخود، اتم از تراز 1à2 فرو مي‌افتد و يك فوتون گسيل مي‌كند.

2ـ در گسيل القايي، فوتون فرودي به اتم گذار 1à 2 را القاء مي‌كند و دو فوتون خواهيم داشت (فوتون القاكننده و فوتون القا شده)

3ـ در جذب، فوتون فرودي براي ايجاد گذار 2 à1 جذب اتم مي‌شود.

از آنجايي كه احتمال گسيل القايي و جذب برابرند پس بطور كلي  را سطح مقطع‌گذار مي‌نامند.

در واقع تعداد اتمها در واحد حجم در يك تراز بخصوص N را انبوهي جمعيت آن تراز ناميده مي‌شود.

وقتي دو تراز انرژي دلخواه 1 و 2 از ماده‌اي را در نظر بگيريم كه به ترتيب انبوهي اين دو تراز N1  و N2 باشند، اگر موجي تخت باشد متناظر با شارفوتون F در امتداد محور Z از ماده عبور كند، تغيير جزئي اين شار ناشي از هر دو فرآيند گسيل القايي و جذب در ناحيه هاشورخورده شكل مقابل از رابطه:  بدست مي‌آيد. اين رابطه نشان مي‌دهد اگر  باشد يعني اگر N2>N1 باشد‌، ماده مثل تقويت كننده رفتار مي‌كند و در حاليكي اگر N2

كه در آن K ثابت بولترمن و T دماي مطلق ماده است.

در حالت اول N2>N1  ناترازمندي بوجود مي‌آيد كه ماده رفتار تقويت‌كننده از خود بروز مي‌دهد و پديده گسيل القايي برجذب غلبه مي‌كند در اينصورت در ماده واروني انبوهي داريم در حالت دوم N2

فعال (يعني نسبت شار فوتون خروجي به شار فوتون ورودي) برابر است با : كه  طول ماده فعال است يعني موج تخت الكترومغناطيسي در امتداد عمود بر سطح دو آينه رفت و آمد خواهد كرد و ضمن هر بار عبور از ماده فعال تقويت ميشود. چنانچه تلفات موجود در كاواك(حفره ليزر) تنها به علّت تلفات تراگسيل باشد، آستانه حاصل خواهد شد يعني وقتي كه برابر واحد شود:  كه در آن R2 و R1 توان بازتابندگي دو آينه است يعني وقتي وارون انبوهي به مقدار  بحراني آن، كه آنرا واروني بحراني (Critical Inversion) مي‌نامند، برسد آستانه حاصل ميشود. در اين اثناء از گسيل خودبخود نوسان بوجود خواهد آمد و فوتونها كه در امتداد محور كاواك بصورت خودبخود گسيل مي‌شوند، در واقع فرآيند تقويت را‌ آغاز مي‌كنند.

اين نوسانگر ليزري به بيان ساده‌تر همان ليزر است. همان‌طور كه مي‌دانيم موج فرودي، گذار 2à1 را بيشتر از گذار 1à2ايجاد مي‌كند پس انتظار داريم اين راه به واروني انبوهي منجر شود ولي چنين سيستم (حداقل در حالت پايا) كار نخواهد كرد در واقع وقتي چنين وضعيتي ايجاد شود كه انبوهي دو تراز مساوي شوند N1=N2 ، فرآيندهاي جذب و گسيل القايي يكديگر را خنثي مي‌كنند. اين وضعيت را معمولاً اشباع دو ترازي مي‌نامند كه در آن ماده شفاف ميشود.

براي ايجاد واروني انبوهي (PoPulation Inversion) ، بيش از 2 تراز از مجموعه بي‌نهايت ترازهاي اتم مورد نظر لازم است. در مورد ليزر سه ترازي اتم از تراز پايه 1 به تراز 3 ارتقاء مي‌يابد. اگر ماده چنان باشد كه پس از آنكه اتم به تراز 3 ارتقاء داده شد به سرعت به تراز 2 فرو افتد، در اينصورت واروني انبوهي بين تراز 2 و 1 حاصل شود. در مورد ليزر چهارترازي نيز اتم از تراز پايه به طريقي (براي سهولت اين تراز را صفر مي‌ناميم) به تراز 3 ارتقاء مي‌يابد. چنانچه اتم به سرعت به تراز 2 فرو افتد، باز هم بين تراز 2 و 1 واروني انبوهي حاصل مي‌شود ولي نكته مهم اينكه وقتي نوسان در ليزرهاي چهارترازي آغاز مي‌شود، اتم به تراز 1 منتقل مي‌شود (به علّت گسيل القايي) بنابر اين براي عمل موج پيوسته CW در ليزرهاي چهارترازي بايدگذار 0à1 خيلي سريع اجرا شود.

در واقع براي ايجاد واروني انبوهي، بسيار ساده‌تر است از ليزر چهارترازي استفاده كنيم چون طبق رابطه آمار بولتزمن همه اتمها ابتدا(يعني در حالت ترازمندي) در تراز پايه‌اند و اختلاف انرژي بين ترازهاي مختلف معمولاً خيلي بزرگتر از KT است. اگر فرض كنيم Nt تعداد كل اتمها در واحد حجم ماده باشد، در سيستم سه ترازي كليه اين N اتم‌ها ابتدا در تراز 1 هستند

وقتي اتمها از تراز 1(پايه) به تراز 3 ارتقاء pumping rate ميابند، سپس اتمها به تراز 2 فرو مي‌افتند و اگر اين فروافت به اندازه كافي سريع باشد، يعني اگر آهنگي فروافت بالا باشد Rate of decay ، تراز 3 كم و بيش خالي باقي خواهد ماند. در اين مورد بايد نيمي از كل انبوهي Nt را براي ترازمندي انبوهي ترازهاي 1 و 2 به تراز 2 ارتقاء داد. از اين به بعد، هر اتمي كه ارتقاء يابد در واروني انبوهي شركت خواهد داشت.

فرآيند دَمِش در طرح سه ترازي، اتمها را از تراز 1 به تراز 3 ارتقاء ميدهد. در مورد ليزر چهارترازي چون در ابتدا تراز 1 خالي است، هر اتمي كه ارتقاء مي‌يابد فوراً به واروني‌ انبوهي قابل استفاده ميشود. فرآيند دَمِش در طرح چهارترازي، اتمها را از تراز 0 به تراز 3 ارتقاء مي‌دهد.

اگر تراز بالايي دَمِش خالي باشد، آهنگي كه تراز بالايي 2 ليزر به وسيله دَمِش انبوه مي‌شود بصورت:  كه در آن Ng انبوهي تراز پايه است (براي سه ترازي 1 و براي چهار ترازي 0) و Wp ضريبي كه آهنگ دَمِش ناميده ميشود و براي حصول شرط آستانه آهنگ دَمِش بايد به يك مقدار بحراني كه Wcp است، برسد.

 

تعداد صفحات:220

متن کامل را می توانید دانلود نمائید چون فقط تکه هایی از متن در این صفحه درج شده (به طور نمونه) و ممکن است به دلیل انتقال به صفحه وب بعضی کلمات و جداول و اشکال پراکنده شده یا در صفحه قرار نگرفته باشد که در فایل دانلودی متن کامل و بدون پراکندگی با فرمت ورد wordکه قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است.

 


اشتراک بگذارید:


پرداخت اینترنتی - دانلود سریع - اطمینان از خرید

پرداخت هزینه و دریافت فایل

مبلغ قابل پرداخت 4,400 تومان

درصورتیکه برای خرید اینترنتی نیاز به راهنمایی دارید اینجا کلیک کنید


فایل هایی که پس از پرداخت می توانید دانلود کنید

نام فایلحجم فایل
file15_1760535_6284.zip379.8k





دانلود مقاله اینورتر

دانلود مقاله اینورتر      دانلود مقاله اینورتر 170 ص  مقدمه: همانطور که می دانیم وظیفه اینوتر تبدیل dc به ac می باشد که این کار هم در فرکانس ثابت و هم در فرکانس متغیر صورت می گیرد . ولتاژ خروجی می تواند در یک فرکانس متغیر یا ثابت دارای دامنه متغیر یا ثابت باشد که ولتاژ خروجی متغیر می تواند با تغییر ولتاژ ورودی dc و ثابت نگهداشتن ضریب تقویت اینوتر بدست آید . از سوی دیگر اگر ولتاژ ورودی dc ثابت و ...

توضیحات بیشتر - دانلود 4,500 تومان

دانلود مقاله اسيلاتور

دانلود مقاله اسيلاتور     دانلود مقاله اسيلاتور 70ص  مقدمه با توجه به رشد سريع شبكه هاي مخابراتي بي سيم، ارتباط بسيار نزديكي بين الكترونيك و مخابرات ميدان پديد آمده است. در مخابرات ما با سيستم هايي كار مي كنيم كه احتياج به فركانس دقيق دارند تا از خطاهاي جيتر كه منجر به isi مي شوند جلوگيري كنيم، با اين كار هزينه ها بسيار پايين مي آيد و نياز به تكرار كننده هاي ديجيتال كمتر مي شود. بنابراين مهندسا ...

توضیحات بیشتر - دانلود 4,000 تومان

بررسي و امكان سنجي در طراحي ترانسفورماتورهاي ولتاژ نوري و مقايسه آن با ترانسهاي معمولي

بررسي و امكان سنجي در طراحي ترانسفورماتورهاي ولتاژ نوري و مقايسه آن با ترانسهاي معمولي      بررسي و امكان سنجي در طراحي ترانسفورماتورهاي ولتاژ نوري و مقايسه آن با ترانسهاي معمولي 130 ص  مقدمه  انرژي الكتريكي به وسيله نيروگاههاي حرارتي كه معمولاً در كنار ذخاير بزرگ ايجاد مي شوند و نيروگاههاي آبي كه در نواحي داراي منابع آبي قابل ملاحظه احداث مي شوند ، توليد مي شود . از اين رو به منظور انتقال آن به نواحي صنعتي كه ممكن است صدها و هزاران كيلومتر دورتر از نير ...

توضیحات بیشتر - دانلود 4,600 تومان

بررسي پارامترهاي طراحي ترانسفورماتورهاي قدرت تكه فاز و ارائه الگوريتم مناسب براي طراحي بهينه آن

بررسي پارامترهاي طراحي ترانسفورماتورهاي قدرت تكه فاز و ارائه الگوريتم مناسب براي طراحي بهينه آن    دانلود مقاله کارشناسی بررسي پارامترهاي طراحي ترانسفورماتورهاي قدرت تكه فاز و ارائه الگوريتم مناسب براي طراحي بهينه آن با استفاده از نرم افزار matlab  مقدمه در ميان مباحث مختلف علوم بحث طراحي يكي از مهمترين موضوعاتي است كه در مورد آن بايد تحقيقات وسيعي انجام شود. در مورد دستگاهها و وسايل الكتريكي نيز موضوع طراحي جايگاه ويژه اي دارد. شايد پركاربردترين وسيله اي كه در اغلب دستگا ...

توضیحات بیشتر - دانلود 5,200 تومان