Podstawowa zasada pracy lasera (amplifikacja światła przez stymulowaną emisję promieniowania) opiera się na zjawisku stymulowanej emisji światła. Dzięki serii precyzyjnych wzorów i konstrukcji lasery generują wiązki o wysokiej spójności, monochromatyczności i jasności. Lasery są szeroko stosowane w nowoczesnej technologii, w tym w takich dziedzinach, jak komunikacja, medycyna, produkcja, pomiary i badania naukowe. Ich wysoka wydajność i precyzyjne charakterystyka kontroli sprawiają, że są podstawowym elementem wielu technologii. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie zasad pracujących laserów i mechanizmów różnych rodzajów laserów.
1. Stymulowana emisja
Stymulowana emisjajest podstawową zasadą generowania laserowego, po raz pierwszy zaproponowaną przez Einsteina w 1917 r. Zjawisko to opisuje, w jaki sposób bardziej spójne fotony są wytwarzane poprzez interakcję między materią światła a stanem wzbudzonym. Aby lepiej zrozumieć stymulowaną emisję, zacznijmy od spontanicznej emisji:
Spontaniczna emisja: W atomach, cząsteczkach lub innych cząstkach mikroskopowych elektrony mogą wchłaniać energię zewnętrzną (taką jak energia elektryczna lub optyczna) i przejść na wyższy poziom energii, znany jako stan wzbudzony. Jednak elektrony stanu wzbudzające są niestabilne i ostatecznie powrócą do niższego poziomu energii, zwanego stanem podstawowym, po krótkim okresie. Podczas tego procesu elektron uwalnia foton, który jest spontaniczną emisją. Takie fotony są losowe pod względem częstotliwości, fazy i kierunku, a zatem nie mają spójności.
Stymulowana emisja: Kluczem do stymulowanej emisji jest to, że gdy elektron stanu wzbudzony napotyka foton z energią pasującą do jego energii przejściowej, foton może skłonić elektron do powrotu do stanu uziemienia podczas uwalniania nowego fotonu. Nowy foton jest identyczny z pierwotnym pod względem częstotliwości, fazy i kierunku propagacji, co powoduje spójne światło. Zjawisko to znacznie wzmacnia liczbę i energię fotonów i jest podstawowym mechanizmem laserów.
Pozytywny efekt sprzężenia zwrotnego stymulowanej emisji: W projektowaniu laserów stymulowany proces emisji powtarza się wiele razy, a ten pozytywny efekt sprzężenia zwrotnego może wykładniczo zwiększyć liczbę fotonów. Za pomocą wnęki rezonansowej utrzymuje się spójność fotonów, a intensywność wiązki światła jest stale zwiększana.
2. Zdobądź medium
.Zyskaj mediumjest podstawowym materiałem w laserze, który określa wzmocnienie fotonów i wyjście lasera. Jest to fizyczna podstawa stymulowanej emisji, a jej właściwości określają częstotliwość, długość fali i moc wyjściową lasera. Rodzaj i charakterystyka podłoża wzmocnienia bezpośrednio wpływają na zastosowanie i wydajność lasera.
Mechanizm wzbudzenia: Elektrony w medium wzmocnienia muszą być wzbudzone do wyższego poziomu energii przez zewnętrzne źródło energii. Proces ten jest zwykle osiągany przez zewnętrzne systemy zaopatrzenia w energię. Typowe mechanizmy wzbudzenia obejmują:
Pompowanie elektryczne: Ekscytujące elektrony w medium wzmocnienia poprzez stosowanie prądu elektrycznego.
Pompowanie optyczne: Ekscytujące medium ze źródłem światła (takiego jak lampa flash lub inny laser).
System poziomów energii: Elektrony w pożywce wzmocnienia są zazwyczaj rozmieszczone na określonych poziomach energii. Najczęstsze sąsystemy dwupoziomoweISystemy czteropoziomowe. W prostym dwupoziomowym systemie elektrony przechodzą ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego, a następnie wracają do stanu podstawowego poprzez stymulowaną emisję. W systemie czteropoziomowym elektrony ulegają bardziej złożonym przejściom między różnymi poziomami energii, często powodując wyższą wydajność.
Rodzaje mediów Gain:
Medium zysku gazu: Na przykład lasery helu (he-ne). Media z wzmocnieniem gazu są znane ze stabilnej wydajności i stałej długości fali i są szeroko stosowane jako standardowe źródła światła w laboratoriach.
Medium wzmocnienia cieczy: Na przykład lasery barwnika. Cząsteczki barwnika mają dobre właściwości wzbudzenia na różnych długościach fal, co czyni je idealnymi do trażenia laserów.
Solidne medium wzmocnienia: Na przykład lasery aluminiowe z aluminium ND (granat aluminiowy YTtrium). Te lasery są bardzo wydajne i potężne i są szeroko stosowane w zastosowaniach przemysłowych, spawalniczych i medycznych.
Medium wzmocnienia półprzewodników: Na przykład materiały arsenu galu (GAAS) są szeroko stosowane w urządzeniach komunikacyjnych i optoelektronicznych, takich jak diody laserowe.
3. Wnęka rezonatorowa
.Wnęka rezonatorowajest składnikiem strukturalnym w laserze używanym do sprzężenia zwrotnego i wzmocnienia. Jego podstawową funkcją jest zwiększenie liczby fotonów wytwarzanych poprzez stymulowaną emisję poprzez odbicie i wzmacnianie ich wewnątrz wnęki, generując w ten sposób silną i skoncentrowaną moc wyjściową lasera.
Struktura jamy rezonatorowej: Zwykle składa się z dwóch równoległych luster. Jednym jest w pełni odblaskowe lustro, znane jakotylne lustro, a drugi to częściowo odblaskowe lustro, znane jakoMirror wyjściowy. Fotony odbijają się w jamie i są wzmacniane poprzez interakcję z medium wzmocnienia.
Warunek rezonansu: Projekt jamy rezonatorowej musi spełniać określone warunki, takie jak zapewnienie, że fotony tworzą fale stojące wewnątrz wnęki. Wymaga to, aby długość wnęki była wielokrotnością długości fali laserowej. Tylko fale świetlne, które spełniają te warunki, można skutecznie wzmocnić w jamie.
Wiązka wyjściowa: Częściowo odblaskowe lustro umożliwia przejście części wzmocnionej wiązki światła, tworząc wiązkę wyjściową lasera. Ta wiązka ma wysoką kierunkowość, spójność i monochromatyczność.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej lub jesteś zainteresowany laserami, skontaktuj się z nami:
Lumispot
Adres: Budynek 4 #, nr 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Chiny
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Strona internetowa: www.lumispot-tech.com
Czas po: 18-2024 września