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 действияпоказывает, какая часть энергии накачки непосредственно преобразуется в энергию лазерного излучения. Из названных лазеров наибольший КПД имеютполупроводниковые.

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^*(Sили 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.