Принцип устройства и работы лазеров.

Лазеры – оптические квантовые генераторы, в основе работы которых лежит явление вынужденной люминесценции.

Спонтанная люминесценция – излучение, возникающее после возбуждения молекулы самопроизвольно.

Вынужденная люминесценция – излучение, возникающее при взаимодействии с возбуждённой частицей нового фотона.

В результате вынужденного квантового перехода от частицы в одном и том же направлении распространяются два одинаковых фотона – первичный (вынуждающий) и вторичный (вновь испущенный). При их встрече с возбуждённой частицей образуется уже 4 одинаковых фотона, далее 8, 16 и т.д., т.е. световой поток лавинообразно нарастает. Таким образом, происходит усиление света при его прохождении через систему. По аналогии с электронными устройствами такого рода, система называется «Оптический квантовый усилитель».

Условия реализации такого усилителя на практике:

1. Инверсная (противоположная нормальной) заселённость энергетических уровней.

2. Метастабильное возбуждённое состояние.

Процесс возбуждения вещества с целью создания инверсии населённостей – накачка. Она может быть оптическая, электрическая, химическая.

Для превращения процесса усиления в процесс генерации в систему вводится положительная обратная связь.

В лазерах ПОС осуществляется с помощью оптического резонатора, представляющего собой два зеркала (сплошное и полупрозрачное) я ячейку с активным веществом между ними. Фотоны, испускаемее при индуцированных квантовых переходах в активном веществе многократно отражаются от зеркал. При этом удлиняется их путь в активном веществе, возрастет число встреч с возбуждёнными частицами, и интенсивность излучения увеличивается.

Принципиальная схема лазера:

Виды лазеров:

1. Различные по используемому активному веществу

   1. твердотельные (рубиновый)

   2. жидкостный

   3. газовые (гелий-неоновые)

   4. полупроводниковые

2. Различные по режиму работы

   1. стационарный

   2. импульсный свободной генерации

   3. гигантских импульсов

3. Различные по характеристикам излучения – мощности, длительности, длине волны, коэффициенту полезного действия.

Коэффициент полезного действия показывает, какая часть энергии накачки непосредственно преобразуется в энергию лазерного излучения. Из названных лазеров наибольший КПД имеют полупроводниковые.

Свойства лазерного излучения:

1. Монохроматичность.

2. Когерентность.

3. Строгая направленность.

4. Большая мощность.

Понятие и стадии фотобиологических процессов.

Фотобиологические процессы – все процессы в биологических системах, происходящие при поглощении энергии света и приводящие к изменению структуры и функций этих систем.

Специфику фотобиологических процессов составляют их первичные (световые) стадии: фотофизические и фотохимические – а последующие темновые стадии являются обычными биохимическими.

Фотофизика – поглощение молекулой кванта света, переход её в возбуждённое состояние.

Фотохимия – вступление возбуждённой молекулы в химические реакции, приводящие (через ряд промежуточных стадий) к образованию устойчивых соединений (т.е. это безизлучательный переход из возбуждённого состояния в основное путём вступления в химические реакции).

Первичные стадии в целом представляют собой трансформацию энергии фотона в энергию химических связей первых устойчивых фотопродуктов.

Молекулярный механизм первичных стадий:

Фотофизика: RH + hv → RH^* (S или Т - возбуждение)

Фотохимия: RH^* → (R^*H)⁺ + e^- (R^*H)⁺ → R^* + H⁺ R^* + O₂ → ROO

(фотоионизация и образование свободных радикалов)

Эффективность преобразования поглощённой световой энергии в первичной фотохимической реакции оценивается её квантовым выходом:

Обычно квантовый выход значительно меньше единицы, так как часть поглощённых квантов растрачивается в тепло или идёт на люминесценцию.

Спектр действия фотохимической реакции – зависимость относительной скорости реакции от длины волны действующего света:

Сравнение спектров действия со спектрами поглощения позволяет выяснить, какие вещества участвуют в реакции.