Naročite se na naše družbene medije za hitro objavo
Laserji, temelj sodobne tehnologije, so tako fascinantni, kot so zapleteni. V njihovem srcu leži simfonija komponent, ki delujejo v sozvočju, da ustvarijo skladno, ojačano svetlobo. Ta blog se poglobi v zapletenosti teh komponent, ki jih podpirajo znanstvena načela in enačbe, da bi zagotovili globlje razumevanje laserske tehnologije.
Napredni vpogled v komponente laserskega sistema: tehnična perspektiva za strokovnjake
| Komponenta | Delovanje | Primeri |
| Pridobiti srednjo | Medij za pridobivanje je material v laserju, ki se uporablja za ojačanje svetlobe. Olajša ojačanje svetlobe s postopkom inverzije populacije in stimulirane emisije. Izbira medija za pridobivanje določa laserske značilnosti sevanja. | Trdni laserji: EG, ND: YAG (Aluminijev granat z neodimijem), ki se uporablja v medicinskih in industrijskih aplikacijah.Plinski laserji: npr. CO2 laserji, ki se uporabljajo za rezanje in varjenje.Polprevodniški laserji:Npr. Laserske diode, ki se uporabljajo v komunikaciji z optiko vlaken in laserskih kazalcih. |
| Vir črpalke | Vir črpalke zagotavlja energijo do dobička za doseganje inverzije populacije (vir energije za inverzijo populacije), kar omogoča lasersko delovanje. | Optično črpanje: Uporaba intenzivnih svetlobnih virov, kot so bliskavice za črpanje laserjev v trdnih stanju.Električna črpalka: Navdušujoč plin v plinskih laserjih skozi električni tok.Polprevodniška črpalka: Uporaba laserskih diod za črpanje laserskega medija v trdnem stanju. |
| Optična votlina | Optična votlina, sestavljena iz dveh ogledal, odraža svetlobo, da poveča dolžino poti svetlobe v dobičljivem mediju in s tem poveča ojačanje svetlobe. Ponuja mehanizem povratnih informacij za lasersko ojačanje, pri čemer izbira spektralne in prostorske značilnosti svetlobe. | Planarna planarna votlina: Uporablja se v laboratorijskih raziskavah, preprosta struktura.Planarna-konkavna votlina: Pogost v industrijskih laserjih zagotavlja kakovostne žarke. Obročna votlina: Uporablja se v specifičnih modelih obročnih laserjev, kot so laserji za obroče. |
Medij za dobiček: vez kvantne mehanike in optičnega inženiringa
Kvantna dinamika v dobičku
Medij za dobiček je tam, kjer se pojavlja temeljni postopek ojačanja svetlobe, pojav, globoko ukoreninjen v kvantni mehaniki. Medsebojno delovanje med energetskimi stanji in delci znotraj medija urejajo načela stimulirane emisije in inverzije populacije. Kritična razmerja med intenzivnostjo svetlobe (i), začetnim intenzivnostjo (i0), prehodnim prerezom (σ21) in številom delcev na obeh nivojih energije (N2 in N1) je opisana z enačbo i = i0e^(σ21 (n2-n1) L). Doseganje populacijske inverzije, kjer je N2> N1 bistvenega pomena za ojačanje in je temelj laserske fizike [1].
Tristopenjski proti štirinožni sistemi
Pri praktičnih laserskih modelih so običajno uporabljeni tristopenjski in štiristopenjski sistemi. Tristopenjski sistemi, čeprav so enostavnejši, potrebujejo več energije za doseganje inverzije populacije, saj je nižja raven laserja osnovno stanje. Štiristopenjski sistemi na drugi strani ponujajo učinkovitejšo pot do inverzije populacije zaradi hitrega neradiacijskega razpada zaradi višje ravni energije, zaradi česar so bolj razširjeni v sodobnih laserskih aplikacijah [2].
Is Erbium dopirano stekloMedij za pridobivanje?
Da, steklo z erbijem je res vrsta dobička, ki se uporablja v laserskih sistemih. V tem kontekstu se "doping" nanaša na postopek dodajanja določene količine erbijevih ionov (er³⁺) v kozarec. Erbium je redek zemeljski element, ki lahko, ko je vgrajen v stekleni gostitelj, učinkovito ojača svetlobo s stimulirano emisijo, ki je temeljni postopek pri laserskem delovanju.
Erbium dopirano steklo je še posebej opazno po uporabi laserjev in ojačevalnikov vlaken, zlasti v telekomunikacijski industriji. Za te aplikacije je zelo primeren, ker učinkovito poveča svetlobo pri valovnih dolžinah okoli 1550 nm, kar je ključna valovna dolžina komunikacij z optičnimi vlakni zaradi majhne izgube v standardnih silicijevih vlaknih.
TheErbiumIoni absorbirajo luč črpalke (pogosto odlaserska dioda) in so navdušeni nad višjimi energetskimi stanji. Ko se vrnejo v nižje energijsko stanje, oddajajo fotone na valovni dolžini, ki prispevajo k laserskem procesu. Zaradi tega je steklo z erbijem učinkovito in široko uporabljeno medij za pridobivanje v različnih laserskih in ojačevalnih modelih.
Sorodni blogi: Novice - steklo z erbijem: Znanost in aplikacije
Mehanizmi črpalke: gonilna sila za laserji
Raznoliki pristopi k doseganju inverzije populacije
Izbira mehanizma za črpanje je ključna pri laserskem oblikovanju, ki vpliva na vse, od učinkovitosti do izhodne valovne dolžine. Optično črpanje z uporabo zunanjih svetlobnih virov, kot so bliskavice ali drugi laserji, je pogosto v laserjih v trdnem stanju in barvilih. Načini električnega praznjenja se običajno uporabljajo v plinskih laserjih, medtem ko polprevodniški laserji pogosto uporabljajo vbrizgavanje elektronov. Učinkovitost teh mehanizmov črpanja, zlasti pri trdnih laserjih z diodo, je bila pomemben poudarek nedavnih raziskav, ki ponujajo večjo učinkovitost in kompaktnost [3].
Tehnični vidiki učinkovitosti črpanja
Učinkovitost postopka črpanja je ključni vidik laserskega oblikovanja, ki vpliva na splošno uspešnost in primernost uporabe. V laserjih v trdnem stanju lahko izbira med bliskavicami in laserskimi diodami kot vir črpalke znatno vpliva na učinkovitost sistema, toplotno obremenitev in kakovost snopa. Razvoj laserskih diod z visoko močjo, visoko učinkovitosti je spremenil laserske sisteme DPSS, kar omogoča bolj kompaktne in učinkovite zasnove [4].
Optična votlina: inženiring laserski žarek
Oblikovanje votline: uravnoteženje fizike in inženiringa
Optična votlina ali resonator ni le pasivna komponenta, ampak aktivna udeleženec pri oblikovanju laserskega žarka. Zasnova votline, vključno z ukrivljenostjo in poravnavo ogledal, ima ključno vlogo pri določanju stabilnosti, strukture načina in izhoda laserja. Vdolbina mora biti zasnovana za izboljšanje optičnega dobička in hkrati zmanjšanje izgub, kar je izziv, ki združuje optični inženiring z valovno optiko5.
Pogoji nihanja in izbira načina
Da se lasersko nihanje pojavi, mora dobiček, ki ga zagotavlja medij, preseči izgube znotraj votline. Ta pogoj, skupaj z zahtevo za koherentno superpozicijo valov, narekuje, da so podprti le nekateri vzdolžni načini. Na razmik načina in celotno strukturo načina vplivata fizična dolžina votline in indeks loma medija za pridobivanje [6].
Zaključek
Zasnova in delovanje laserskih sistemov obsega širok spekter fizike in inženirskih načel. Od kvantne mehanike, ki ureja dobiček medija do zapletenega inženiringa optične votline, ima vsaka komponenta laserskega sistema ključno vlogo pri njegovi celotni funkcionalnosti. Ta članek je omogočil pogled na zapleten svet laserske tehnologije, ki ponuja vpoglede, ki odmevajo z naprednim razumevanjem profesorjev in optičnih inženirjev na tem področju.
Reference
- 1. Siegman, AE (1986). Laserji. Univerzitetne znanstvene knjige.
- 2. Svelto, O. (2010). Načela laserjev. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Laserski inženiring v trdnem stanju. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diode so črpali laserje v trdnem stanju. V priročniku laserske tehnologije in aplikacij (letnik III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserska fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laserske temelje. Cambridge University Press.
Čas objave: november-27-2023