Osnovni princip delovanja laserja (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) temelji na pojavu stimulirane emisije svetlobe. Z nizom natančnih zasnov in struktur laserji ustvarjajo žarke z visoko koherenco, monokromatičnostjo in svetlostjo. Laserji se pogosto uporabljajo v sodobni tehnologiji, tudi na področjih, kot so komunikacije, medicina, proizvodnja, meritve in znanstvene raziskave. Zaradi visoke učinkovitosti in natančnih krmilnih lastnosti so osrednja komponenta mnogih tehnologij. Spodaj je podrobna razlaga principov delovanja laserjev in mehanizmov različnih vrst laserjev.
1. Stimulirana emisija
Stimulirana emisijaje temeljno načelo laserske generacije, ki ga je prvi predlagal Einstein leta 1917. Ta pojav opisuje, kako nastajajo bolj koherentni fotoni z interakcijo med svetlobo in snovjo v vzbujenem stanju. Da bi bolje razumeli stimulirano emisijo, začnimo s spontano emisijo:
Spontana emisija: V atomih, molekulah ali drugih mikroskopskih delcih lahko elektroni absorbirajo zunanjo energijo (kot je električna ali optična energija) in preidejo na višjo energijsko raven, znano kot vzbujeno stanje. Vendar so elektroni v vzbujenem stanju nestabilni in se bodo po kratkem času sčasoma vrnili na nižjo energijsko raven, znano kot osnovno stanje. Med tem procesom elektron sprosti foton, ki je spontana emisija. Takšni fotoni so naključni v smislu frekvence, faze in smeri in zato nimajo koherence.
Stimulirana emisija: Ključ do stimulirane emisije je, da ko elektron v vzbujenem stanju naleti na foton z energijo, ki se ujema z njegovo energijo prehoda, lahko foton spodbudi elektron, da se vrne v osnovno stanje, medtem ko sprosti nov foton. Novi foton je identičen prvotnemu glede frekvence, faze in smeri širjenja, kar povzroči koherentno svetlobo. Ta pojav znatno poveča število in energijo fotonov in je osrednji mehanizem laserjev.
Pozitivni povratni učinek stimulirane emisije: Pri zasnovi laserjev se postopek stimulirane emisije večkrat ponovi in ta pozitivni povratni učinek lahko eksponentno poveča število fotonov. S pomočjo resonančne votline se vzdržuje koherenca fotonov, intenzivnost svetlobnega snopa pa se nenehno povečuje.
2. Pridobite Srednje
Thedobiček srednjije osnovni material v laserju, ki določa ojačanje fotonov in laserski izhod. Je fizična osnova za stimulirano emisijo, njegove lastnosti pa določajo frekvenco, valovno dolžino in izhodno moč laserja. Vrsta in značilnosti ojačitvenega medija neposredno vplivajo na uporabo in delovanje laserja.
Mehanizem vzbujanja: Elektrone v ojačilnem mediju je treba vzbuditi na višjo energijsko raven z zunanjim virom energije. Ta proces se običajno doseže z zunanjimi sistemi oskrbe z energijo. Pogosti mehanizmi vzbujanja vključujejo:
Električno črpanje: Vzbujanje elektronov v pridobitvenem mediju z uporabo električnega toka.
Optično črpanje: Vzbujanje medija z virom svetlobe (kot je bliskavica ali drug laser).
Sistem energijskih ravni: Elektroni v ojačitvenem mediju so običajno porazdeljeni v določene energijske ravni. Najpogostejši sodvonivojski sistemiinštiristopenjski sistemi. V preprostem dvonivojskem sistemu elektroni prehajajo iz osnovnega stanja v vzbujeno stanje in se nato vrnejo v osnovno stanje s stimulirano emisijo. V štirinivojskem sistemu so elektroni podvrženi bolj zapletenim prehodom med različnimi energijskimi nivoji, kar pogosto povzroči večjo učinkovitost.
Vrste ojačitvenih medijev:
Gas Gain Medium: Na primer helij-neonski (He-Ne) laserji. Mediji za pridobivanje plina so znani po svojem stabilnem izhodu in fiksni valovni dolžini ter se pogosto uporabljajo kot standardni viri svetlobe v laboratorijih.
Liquid Gain Medium: Na primer barvni laserji. Molekule barvila imajo dobre lastnosti vzbujanja pri različnih valovnih dolžinah, zaradi česar so idealne za nastavljive laserje.
Solid Gain Medium: Na primer Nd (z neodimom dopirani itrijev aluminijev granat) laserji. Ti laserji so zelo učinkoviti in močni ter se pogosto uporabljajo pri industrijskem rezanju, varjenju in medicinskih aplikacijah.
Srednje polprevodniškega ojačanja: Materiali galijevega arzenida (GaAs) se na primer pogosto uporabljajo v komunikacijskih in optoelektronskih napravah, kot so laserske diode.
3. Resonatorska votlina
Theresonatorska votlinaje strukturna komponenta v laserju, ki se uporablja za povratno zvezo in ojačanje. Njegova glavna funkcija je povečati število fotonov, proizvedenih s stimulirano emisijo, tako da jih odbije in ojača v votlini ter tako ustvari močan in osredotočen laserski izhod.
Struktura resonatorske votline: Običajno je sestavljen iz dveh vzporednih zrcal. Eno je popolnoma odsevno ogledalo, znano kotvzvratno ogledalo, drugo pa je delno odsevno ogledalo, znano kotizhodno ogledalo. Fotoni se odbijajo naprej in nazaj znotraj votline in se ojačajo z interakcijo z ojačitvenim medijem.
Pogoj resonance: Zasnova resonatorske votline mora izpolnjevati določene pogoje, kot je zagotavljanje, da fotoni tvorijo stoječe valove znotraj votline. To zahteva, da je dolžina votline večkratnik valovne dolžine laserja. Le svetlobni valovi, ki izpolnjujejo te pogoje, se lahko učinkovito ojačajo znotraj votline.
Izhodni žarek: Delno odbojno zrcalo omogoča del ojačenega svetlobnega žarka, da preide skozenj in tvori izhodni žarek laserja. Ta žarek ima visoko usmerjenost, koherenco in monokromatičnost.
Če želite izvedeti več ali vas zanimajo laserji, nas kontaktirajte:
Lumispot
Naslov: Stavba 4 #, št. 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kitajska
Tel.: + 86-0510 87381808.
Mobilni telefon: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Spletna stran: www.lumispot-tech.com
Čas objave: 18. september 2024