Osnovno načelo delovanja laserja (ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo sevanja) temelji na pojavu stimulirane emisije svetlobe. Z vrsto natančnih zasnov in struktur laserji ustvarjajo žarke z visoko koherenco, monokromatičnostjo in svetlostjo. Laserji se pogosto uporabljajo v sodobni tehnologiji, vključno s področji, 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 načel 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 nastanejo bolj koherentni fotoni z interakcijo med svetlobo in vzbujeno snovjo. Da bi bolje razumeli stimulirano emisijo, začnimo s spontano emisijo:
Spontana emisijaV 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 pa so elektroni v vzbujenem stanju nestabilni in se po kratkem času sčasoma vrnejo na nižjo energijsko raven, znano kot osnovno stanje. Med tem procesom elektron sprosti foton, kar je spontana emisija. Takšni fotoni so naključni glede na frekvenco, fazo in smer, zato nimajo koherence.
Stimulirana emisijaKljuč do stimulirane emisije je, da ko elektron v vzbujenem stanju naleti na foton z energijo, ki ustreza njegovi energiji prehoda, lahko foton spodbudi elektron, da se vrne v osnovno stanje, hkrati pa sprosti nov foton. Novi foton je enak prvotnemu glede na frekvenco, fazo in smer širjenja, kar ima za posledico koherentno svetlobo. Ta pojav znatno poveča število in energijo fotonov in je osrednji mehanizem laserjev.
Pozitiven povratni učinek stimulirane emisijePri zasnovi laserjev se proces stimulirane emisije ponovi večkrat in ta učinek pozitivne povratne zanke lahko eksponentno poveča število fotonov. S pomočjo resonančne votline se ohranja koherenca fotonov in intenzivnost svetlobnega žarka se nenehno povečuje.
2. Srednje pridobivanje
Thedobiček srednjegaje osrednji material v laserju, ki določa ojačanje fotonov in laserski izhod. Je fizikalna osnova za stimulirano emisijo, njegove lastnosti pa določajo frekvenco, valovno dolžino in izhodno moč laserja. Vrsta in značilnosti ojačevalnega medija neposredno vplivajo na uporabo in delovanje laserja.
Mehanizem vzbujanjaElektrone v ojačajočem mediju je treba z zunanjim virom energije vzbuditi na višjo energijsko raven. Ta postopek se običajno doseže z zunanjimi sistemi za oskrbo z energijo. Pogosti mehanizmi vzbujanja vključujejo:
Električno črpanjeVzbujanje elektronov v ojačevalnem mediju z uporabo električnega toka.
Optično črpanjeVzbujanje medija z virom svetlobe (kot je bliskavica ali drug laser).
Sistem energijskih nivojevElektroni v ojačajočem mediju so običajno porazdeljeni v specifičnih energijskih nivojih. Najpogostejši sodvonivojski sistemiinštiristopenjski sistemiV preprostem dvonivojskem sistemu elektroni prehajajo iz osnovnega stanja v vzbujeno stanje in se nato vrnejo v osnovno stanje s stimulirano emisijo. V štirinivojskem sistemu elektroni prehajajo skozi bolj kompleksne prehode med različnimi energijskimi nivoji, kar pogosto povzroči večjo učinkovitost.
Vrste medijev za pridobivanje:
Srednje povečanje plinaNa primer, helij-neonski (He-Ne) laserji. Plinski ojačevalni mediji so znani po stabilnem izhodu in fiksni valovni dolžini ter se pogosto uporabljajo kot standardni viri svetlobe v laboratorijih.
Tekoči dobiček srednjegaNa primer, barvni laserji. Molekule barvila imajo dobre vzbujevalne lastnosti pri različnih valovnih dolžinah, zaradi česar so idealne za nastavljive laserje.
Srednje močan dobičekNa primer, Nd (z neodimom dopirani itrijev aluminijev granat) laserji. Ti laserji so zelo učinkoviti in zmogljivi ter se pogosto uporabljajo v industrijskem rezanju, varjenju in medicinskih aplikacijah.
Polprevodniški ojačani medijNa primer, materiali iz galijevega arzenida (GaAs) se 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 zanko in ojačanje. Njena glavna funkcija je povečati število fotonov, ki nastanejo s stimulirano emisijo, tako da jih odbije in ojača znotraj votline, s čimer ustvari močan in fokusiran laserski izhod.
Struktura resonatorske votlineObičajno je sestavljen iz dveh vzporednih ogledal. Eno je popolnoma odsevno ogledalo, znano kotvzvratno ogledalo, drugo pa je delno odsevno ogledalo, znano kotizhodno zrcaloFotoni se odbijajo naprej in nazaj znotraj votline in se ojačajo z interakcijo z ojačevalnim medijem.
Resonančni pogojZasnova resonatorske votline mora izpolnjevati določene pogoje, kot je zagotavljanje, da fotoni znotraj votline tvorijo stoječe valove. To zahteva, da je dolžina votline večkratnik valovne dolžine laserja. V votlini se lahko učinkovito ojačajo le svetlobni valovi, ki izpolnjujejo te pogoje.
Izhodni žarekDelno odsevno zrcalo omogoča prehod dela ojačanega svetlobnega žarka, ki tvori laserski izhodni žarek. Ta žarek ima visoko usmerjenost, koherenco in monokromatičnost..
Če želite izvedeti več ali vas zanimajo laserji, nas prosim kontaktirajte:
Lumispot
Naslov: Stavba 4 št., št. 99, 3. cesta Furong, okrožje Xishan, 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