Subskrybuj nasze media społecznościowe w celu uzyskania szybkiego postu
Lasery, kamień węgielny nowoczesnej technologii, są tak samo fascynujące, jak złożone. W ich sercu leży symfonia komponentów pracujących zgodnie z produkcją spójnego, wzmocnionego światła. Ten blog zagłębia się w zawiłości tych komponentów, poparte zasadami naukowymi i równań, aby zapewnić głębsze zrozumienie technologii laserowej.
Zaawansowane wgląd w komponenty systemu laserowego: techniczna perspektywa dla profesjonalistów
| Część | Funkcjonować | Przykłady |
| Zyskaj medium | Medium wzmocnienia to materiał w laserze używanym do wzmacniania światła. Ułatwia wzmocnienie światła poprzez proces inwersji populacji i stymulowanej emisji. Wybór medium wzmocnienia określa charakterystykę promieniowania lasera. | Lasery w stanie stałym: np. ND: YAG (granat z aluminium YTtrium w neodymie), stosowany w zastosowaniach medycznych i przemysłowych.Lasery gazowe: np. Lasery CO2, używane do cięcia i spawania.Lasery półprzewodników:np. Diody laserowe, stosowane w komunikacji światłowodowej i wskaźnikach laserowych. |
| Źródło pompowania | Źródło pompowania zapewnia energię do pożywki wzmocnienia, aby osiągnąć inwersję populacji (źródło energii do inwersji populacji), umożliwiając działanie laserowe. | Pompowanie optyczne: Używanie intensywnych źródeł światła, takich jak lampy błyskowe do pompowania laserów w stanie stałym.Pompowanie elektryczne: Ekscytujący gaz w laserach gazowych poprzez prąd elektryczny.Pompowanie półprzewodników: Zastosowanie diod laserowych do pompowania podłoża laserowego w stanie stałym. |
| Wnęka optyczna | Wnęka optyczna, składająca się z dwóch luster, odbija światło w celu zwiększenia długości światła w medium wzmocnienia, zwiększając w ten sposób wzmocnienie światła. Zapewnia mechanizm sprzężenia zwrotnego do amplifikacji laserowej, wybierając charakterystykę spektralną i przestrzenną światła. | Wnęka płasko-planacyjna: Stosowany w badaniach laboratoryjnych, prosta struktura.Wnęka płaska: Wspólne w laserach przemysłowych, zapewnia wysokiej jakości belki. Wnęka pierścieniowa: Stosowane w określonych projektach laserów pierścieniowych, takich jak lasery gazowe pierścienia. |
Medium wzmocnienia: Nexus mechaniki kwantowej i inżynierii optycznej
Dynamika kwantowa w medium wzmocnienia
Medium wzmocnienia występuje podstawowy proces amplifikacji światła, zjawisko głęboko zakorzenione w mechanice kwantowej. Interakcja między stanami energetycznymi a cząsteczkami w pożywce podlega zasadom stymulowanej emisji i inwersji populacji. Krytyczna zależność między intensywnością światła (I), intensywnością początkową (I0), przekrojem przejściowym (σ21) i liczbami cząstek na dwóch poziomach energii (N2 i N1) jest opisany przez równanie i = i0e^(σ21 (N2-N1) L). Osiągnięcie inwersji populacji, w której N2> N1 jest niezbędne do amplifikacji i jest kamieniem węgielnym fizyki laserowej [1].
Systemy trzypoziomowe vs. czteropoziomowe
W praktycznych projektach laserowych powszechnie stosowane są systemy trzypoziomowe i czteropoziomowe. Trzypoziomowe systemy, choć prostsze, wymagają większej energii, aby osiągnąć inwersję populacji, ponieważ niższy poziom lasera jest stanem podstawowym. Z drugiej strony czteropoziomowe systemy oferują bardziej wydajną drogę do inwersji populacji ze względu na szybki nie promieniujący rozkład od wyższego poziomu energii, czyniąc je bardziej rozpowszechnionymi w nowoczesnych zastosowaniach laserowych [2].
Is Szkło domieszkowane przez erbiMedium zysku?
Tak, szkło domieszkowane Erbi jest rzeczywiście rodzajem pożywki wzmocnienia stosowanego w systemach laserowych. W tym kontekście „domieszkowanie” odnosi się do procesu dodawania określonej ilości jonów Erbi (er³⁺) do szkła. Erbium jest pierwiastkiem ziem rzadkich, który po włączeniu do szklanego gospodarza może skutecznie wzmacniać światło poprzez stymulowaną emisję, podstawowy proces pracy laserowej.
Szkło domieszkowane przez Erbi jest szczególnie godne uwagi ze stosowania w laserach światłowodowych i wzmacniaczach włókien, szczególnie w branży telekomunikacyjnej. Jest odpowiedni dla tych zastosowań, ponieważ skutecznie wzmacnia światło przy długości fali około 1550 nm, co jest kluczową długością fali dla komunikacji światłowodowej ze względu na niską utratę standardowych włókien krzemionkowych.
.erbjony pochłaniają światło pompy (często zDioda laserowa) i są podekscytowani stanami wyższej energii. Kiedy wracają do stanu niższego energii, emitują fotony przy długości fali laserowej, przyczyniając się do procesu laserowego. To sprawia, że szkło domieszkowane przez Erbi jest skutecznym i szeroko stosowanym pożywką wzmocnienia w różnych konstrukcjach laserowych i wzmacniaczy.
Powiązane blogi: Wiadomości - szkło domieszkowane przez Erbi: naukę i aplikacje
Mechanizmy pompowania: siła napędowa laserów
Różnorodne podejście do osiągnięcia inwersji populacji
Wybór mechanizmu pompowania jest kluczowy w projektowaniu laserowym, wpływając na wszystko, od wydajności po długość fali wyjściowej. Pompowanie optyczne przy użyciu zewnętrznych źródeł światła, takich jak lampy błyskowe lub inne lasery, jest powszechne w laserach stałego i barwnika. Metody rozładowania elektrycznego są zwykle stosowane w laserach gazowych, podczas gdy lasery półprzewodników często stosują wstrzyknięcie elektronów. Wydajność tych mechanizmów pompowania, szczególnie w laserach stałego w dymodowym poziomie, była istotnym celem ostatnich badań, oferujących wyższą wydajność i zwięzłość [3].
Rozważania techniczne w zakresie wydajności pompowania
Wydajność procesu pompowania jest kluczowym aspektem projektowania laserowego, wpływającym na ogólną wydajność i przydatność zastosowań. W laserach półprzewodnikowych wybór między lamplami i diodami laserowymi jako źródłem pompy może znacząco wpłynąć na wydajność systemu, obciążenie termiczne i jakość wiązki. Rozwój wysokiej wydajności diod laserowych o dużej mocy zrewolucjonizował systemy laserowe DPSS, umożliwiając bardziej kompaktowe i wydajne projekty [4].
Wnęka optyczna: inżynieria wiązki laserowej
Projektowanie wnęki: bilansujący akt fizyki i inżynierii
Wnęka optyczna lub rezonator jest nie tylko elementem pasywnym, ale aktywnym uczestnikiem kształtowania wiązki laserowej. Projekt wnęki, w tym krzywizna i wyrównanie luster, odgrywa kluczową rolę w określaniu stabilności, struktury trybu i wyjściowej lasera. Wnęka musi być zaprojektowana w celu zwiększenia wzmocnienia optycznego przy jednoczesnym minimalizowaniu strat, co łączy inżynierię optyczną z optyką falową5.
Warunki oscylacji i wybór trybu
Aby nastąpiła oscylacja laserowa, wzmocnienie podane przez medium musi przekraczać straty w jamie. Ten warunek, w połączeniu z wymogiem spójnego superpozycji fali, decyduje, że obsługiwane są tylko niektóre tryby podłużne. Na odstępy w trybie i całkowitą strukturę trybu wpływa długość fizyczna wnęki i współczynnik załamania światła podłoża wzmocnienia [6].
Wniosek
Projektowanie i obsługa systemów laserowych obejmuje szerokie spektrum zasad fizyki i inżynierii. Od mechaniki kwantowej regulującej medium wzmocnienia do skomplikowanej inżynierii jamy optycznej, każdy element systemu laserowego odgrywa istotną rolę w jego ogólnej funkcjonalności. W tym artykule rzucił okiem na złożony świat technologii laserowej, oferując spostrzeżenia, które rezonują z zaawansowanym zrozumieniem profesorów i inżynierów optycznych w tej dziedzinie.
Odniesienia
- 1. Siegman, AE (1986). Lasery. University Science Books.
- 2. Svelto, O. (2010). Zasady laserów. Skoczek.
- 3. Koechner, W. (2006). Inżynieria laserowa w stanie stałym. Skoczek.
- 4. Piper, JA i Mildren, RP (2014). Diode pompowane lasery w stanie stałym. W Handbook of Laser Technology and Applications (Vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW i Eberly, JH (2010). Fizyka laserowa. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Podstawy laserowe. Cambridge University Press.
Czas po: 27-2023