Storz 27750120-1, Инструкция по эксплуатации

Страница: 14 / 77

4
Systembeschreibung System Description
Allgemeine Lasertheorie
LASER ist die Abkürzung für L ight A mplification
by S timulated E mission of R adiation (Lichtver-
stärkung durch angeregte Emission von Strah-
lung). Der Laser besteht aus einem aktiven
Medium und einer Pumpquelle. Die Pumpquelle
„pumpt“ das aktive Medium von seinem Grund-
energiezustand in den angeregten Zustand.
Wenn zwischen zwei angeregten Zuständen eine
Besetzungsumkehr stattfindet (wobei der höhere
Energiezustand höher besetzt ist), kann es zur
induzierten Emission von Strahlung (Photonen)
kommen. Diese Emission wird im optischen
Aufbau in Resonanz gebracht (hin- und herre-
flektiert) und somit verstärkt. Ein Teil dieser ver-
stärkten elektromagnetischen Strahlung wird
dann als Laserstrahl abgegeben.
Die Haupteigenschaften des Strahls sind:
• Monochromasie - ein eng spezifizierter
Wellenlängenbereich entsprechend einer
einzigen Farbe im Spektrum
• hoher Grad an Parallelbündelung - Strahl mit
sehr geringer Divergenz. Falls erforderlich
kann das Laserlicht durch Lichtdiffusoren
räumlich gestreut werden.
• Kohärenz - alle Photonen sind in Phase,
räumlich und zeitlich.
Der hohe Grad an Parallelbündelung und
Kohärenz ermöglicht das Fokussieren des
Strahls auf kleine Fleckgrößen.
Das aktive Medium eines Lasers kann entweder
Gas, flüssiger Farbstoff, ein dotierter Festkörper
oder ein Halbleiter sein. Die meisten Gaslaser
bestehen aus Atomen, Molekülen oder einer
Mischung aus beidem. Farbstofflaser bestehen
aus einem organischen Farbstoff, aufgelöst in
einem flüssigen Lösungsmittel. Festkörperlaser
bestehen aus Ionen, gebunden (dotiert) in einem
festen Bindemittel. Halbleiterlaser sind im Wesent-
lichen lichtaussendende Dioden mit Spiegeln.
Unter bestimmten Pumpenenergiebedingungen
geschieht bei all diesen Materialien das
Phänomen einer Besetzungsumkehr. Dadurch
entsteht die induzierte Laseremission bei einer
Wellenlänge, die charakteristisch für das
Medium ist.
General Laser Theory
LASER is the acronym for L ight A mplification by
S timulated E mission of R adiation. The laser is a
device consisting of an active medium and a
pumping source enclosed in an optical cavity.
The pumping source “pumps” the active medi-
um from its ground energy state to excited
states. If “population inversion” between two
excited states takes place (where the higher
energy state is more populated), stimulated
emission of radiation (photons) can occur. This
emission is resonated (reflected back and forth)
within the optical resonator and amplified. A por-
tion of this amplified electromagnetic energy is
then emitted as a laser beam.
The main properties of the beam are:
• Monochromaticity - the radiation is within a
very narrow wavelength range on the spec-
trum.
• High degree of collimation - unidirectional
beam with very small divergence. When nec-
essary, light diffusers can be used to spatially
diverge laser light.
• Coherence - all photons emitted are in phase,
both in space and time.
The high degree of collimation and coherence
enables the focusing of the beam to small spot
sizes.
The active (lasing) medium of a laser can be
either gas, liquid or solid. Most gas lasers con-
sist of atoms, molecules, or mixtures of both.
Solid-state lasers consist of atoms or ions
“doped” in some solid matrix. Liquid lasers con-
sist of higher molecular weight molecules dis-
solved in liquids.
Under specific pumping conditions, all these
materials can undergo the unnatural phenome-
non of “population inversion” that results in stim-
ulated emission of radiation at a wavelength
characteristic of the active medium.
Описание системы
Общая теория лазера
Аббревиатура LASER означает Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation (усиление
света в результате вынужденного излучения).
Лазер состоит из активной среды и генератора
накачки. Генератор накачки "качает" активную
среду из ее основного энергетического состоя
ния в возбужденное состояние.
Если между двумя возбужденными состояниями
происходит инверсия насыщенности (причем
более высокое энергетическое состояние насы
щено больше), то это может привести к индуци
рованной эмиссии излучения (фотонов). Эта
эмиссия приводится оптическим устройством в
резонансное состояние (отражается вперед и
назад) и тем самым усиливается. Часть этого
усиленного электромагнитного излучения отда
ется в виде лазерного излучения. Основные
свойства излучения заключаются в следующем:
• монохроматичность – узко специфический
волновой диапазон, соответствующий
одному единственному цвету спектра
• высокая степень направленности – луч с
очень незначительной дивергенцией, при
необходимости лазерный луч может рассеи
ваться в пространстве диффузорами света
• когерентность – все фотоны в фазе, в прост
ранстве и во времени.
Высокая степень направленности и когерент
ности позволяют фокусировать луч до размеров
небольшого пятна.
Активной средой лазера может быть газ, жид
кий краситель, твердое тело с примесью или
полупроводник. Большинство газовых лазеров
состоит из атомов, молекул или из смеси тех и
других. Лазеры на цветном красителе состоят
из органического красителя, растворенного в
жидком растворителе. Твердотельные лазеры
состоят из ионов, связанных (смешанных) в
твердом связующем веществе. Полупроводни
ковые лазеры – это в основном излучающие
свет диоды с зеркалами.
В определенных условиях накачки энергии во
всех этих материалах происходит феномен ин
версии насыщенности. В результате этого воз
никает индуцированная лазерная эмиссия при
длине волны, характерной для данной среды.