Падпішыцеся на нашы сацыяльныя сеткі, каб атрымліваць аператыўныя паведамленні
Лазеры, краевугольны камень сучасных тэхналогій, настолькі ж захапляльныя, наколькі і складаныя. У іх аснове ляжыць сімфонія кампанентаў, якія працуюць ва ўнісон, ствараючы кагерэнтнае ўзмоцненае святло. Гэты блог паглыбляецца ў тонкасці гэтых кампанентаў, падмацаваныя навуковымі прынцыпамі і ўраўненнямі, каб забяспечыць больш глыбокае разуменне лазернай тэхналогіі.
Паглыбленае знаёмства з кампанентамі лазернай сістэмы: тэхнічны погляд для прафесіяналаў
| Кампанент | Функцыя | Прыклады |
| Узмацненне сярэдняе | Асяроддзе ўзмацнення - гэта матэрыял у лазеры, які выкарыстоўваецца для ўзмацнення святла. Гэта палягчае ўзмацненне святла праз працэс інверсіі насельніцтва і вымушанага выпраменьвання. Выбар асяроддзя ўзмацнення вызначае характарыстыкі выпраменьвання лазера. | Цвёрдацельныя лазеры: напрыклад, Nd:YAG (ітрыева-алюмініевы гранат, дапаваны неадымам), які выкарыстоўваецца ў медыцыне і прамысловасці.Газавыя лазеры: напрыклад, CO2-лазеры, якія выкарыстоўваюцца для рэзкі і зваркі.Паўправадніковыя лазеры:напрыклад, лазерныя дыёды, якія выкарыстоўваюцца ў валаконна-аптычнай сувязі і лазерных указках. |
| Крыніца накачкі | Крыніца накачкі забяспечвае энергію асяроддзі ўзмацнення для дасягнення інверсіі насельніцтва (крыніца энергіі для інверсіі насельніцтва), што дазваляе працаваць з лазерам. | Аптычная накачка: Выкарыстанне інтэнсіўных крыніц святла, такіх як ліхтары, для напампоўкі цвёрдацельных лазераў.Электрычная помпавая: Узбуджэнне газу ў газавых лазерах электрычным токам.Накачка паўправаднікоў: Выкарыстанне лазерных дыёдаў для напампоўкі асяроддзя цвёрдацельнага лазера. |
| Аптычная паражніна | Аптычная паражніна, якая складаецца з двух люстэркаў, адлюстроўвае святло, каб павялічыць даўжыню шляху святла ў асяроддзі ўзмацнення, тым самым павялічваючы ўзмацненне святла. Ён забяспечвае механізм зваротнай сувязі для лазернага ўзмацнення, выбіраючы спектральныя і прасторавыя характарыстыкі святла. | Планарна-плоскасная паражніну: Выкарыстоўваецца ў лабараторных даследаваннях, простая структура.Плоскасна-ўвагнутая паражніну: Распаўсюджана ў прамысловых лазерах, забяспечвае высакаякасныя прамяні. Кольцавая паражніна: Выкарыстоўваецца ў спецыяльных канструкцыях кальцавых лазераў, такіх як кальцавыя газавыя лазеры. |
Асяроддзе ўзмацнення: сувязь квантавай механікі і оптычнай тэхнікі
Квантавая дынаміка ў асяроддзі ўзмацнення
Асяроддзе ўзмацнення - гэта месца, дзе адбываецца фундаментальны працэс узмацнення святла, з'ява, якая глыбока ўкаранілася ў квантавай механіцы. Узаемадзеянне паміж энергетычнымі станамі і часціцамі ў асяроддзі рэгулюецца прынцыпамі вымушанага выпраменьвання і інверсіі насельніцтва. Крытычная залежнасць паміж інтэнсіўнасцю святла (I), пачатковай інтэнсіўнасцю (I0), сячэннем пераходу (σ21) і лікамі часціц на двух узроўнях энергіі (N2 і N1) апісваецца ўраўненнем I = I0e^ (σ21(N2-N1)L). Дасягненне інверсіі заселенасці, дзе N2 > N1, вельмі важна для ўзмацнення і з'яўляецца краевугольным каменем лазернай фізікі[1].
Трохузроўневыя супраць чатырохузроўневых сістэм
У практычных лазерных канструкцыях звычайна выкарыстоўваюцца трохузроўневыя і чатырохузроўневыя сістэмы. Трохузроўневыя сістэмы, хоць і больш простыя, патрабуюць больш энергіі для дасягнення інверсіі насельніцтва, паколькі ніжні лазерны ўзровень з'яўляецца асноўным станам. Чатырохузроўневыя сістэмы, з іншага боку, прапануюць больш эфектыўны шлях да інверсіі насельніцтва з-за хуткага безвыпраменьвальнага распаду з больш высокага энергетычнага ўзроўню, што робіць іх больш распаўсюджанымі ў сучасных лазерных прымяненнях[2].
Is Эрбіевае шклоузмацненне сярэдняга?
Так, легаванае эрбіем шкло сапраўды з'яўляецца тыпам асяроддзя ўзмацнення, якое выкарыстоўваецца ў лазерных сістэмах. У гэтым кантэксце «допінг» адносіцца да працэсу дадання пэўнай колькасці іёнаў эрбію (Er³⁺) у шкло. Эрбій - гэта рэдказямельны элемент, які пры ўключэнні ў шкляны апору можа эфектыўна ўзмацняць святло за кошт стымуляванага выпраменьвання, фундаментальнага працэсу ў працы лазера.
Шкло, легаванае эрбіем, асабліва вядома сваім выкарыстаннем у валаконных лазерах і валаконных узмацняльніках, асабліва ў тэлекамунікацыйнай індустрыі. Ён добра падыходзіць для гэтых прыкладанняў, таму што ён эфектыўна ўзмацняе святло на даўжынях хваль каля 1550 нм, якія з'яўляюцца ключавой даўжынёй хвалі для аптычна-валаконнай сувязі з-за нізкіх страт у стандартных крэмневых валокнах.
Theэрбійіёны паглынаюць святло накачкі (часта ад алазерны дыёд) і ўзбуджаюцца да больш высокіх энергетычных станаў. Калі яны вяртаюцца ў больш нізкі энергетычны стан, яны выпраменьваюць фатоны на даўжыні хвалі генерацыі, спрыяючы лазернаму працэсу. Гэта робіць легаванае эрбіем шкло эфектыўным і шырока выкарыстоўваным асяроддзем узмацнення ў розных канструкцыях лазераў і ўзмацняльнікаў.
Падобныя блогі: Навіны - Эрбіевае шкло: навука і прымяненне
Механізмы накачкі: рухаючая сіла лазераў
Разнастайныя падыходы да дасягнення інверсіі насельніцтва
Выбар механізму напампоўкі з'яўляецца ключавым у распрацоўцы лазера, уплываючы на ўсё - ад эфектыўнасці да даўжыні хвалі выхаду. Аптычная накачка з выкарыстаннем знешніх крыніц святла, такіх як лямпы-ўспышкі або іншыя лазеры, звычайная ў цвёрдацельных лазерах і лазерах на фарбавальніках. Метады электрычнага разраду звычайна выкарыстоўваюцца ў газавых лазерах, у той час як паўправадніковыя лазеры часта выкарыстоўваюць ін'екцыю электронаў. Эфектыўнасць гэтых механізмаў накачкі, асабліва ў цвёрдацельных лазерах з дыёднай накачкай, была ў цэнтры ўвагі апошніх даследаванняў, прапаноўваючы больш высокую эфектыўнасць і кампактнасць[3].
Тэхнічныя меркаванні эфектыўнасці перапампоўкі
Эфектыўнасць працэсу напампоўкі з'яўляецца найважнейшым аспектам канструкцыі лазера, які ўплывае на агульную прадукцыйнасць і прыдатнасць прымянення. У цвёрдацельных лазерах выбар паміж ліхтарыкамі і лазернымі дыёдамі ў якасці крыніцы накачкі можа істотна паўплываць на эфектыўнасць сістэмы, цеплавую нагрузку і якасць прамяня. Распрацоўка магутных і высокаэфектыўных лазерных дыёдаў зрабіла рэвалюцыю ў лазерных сістэмах DPSS, дазволіўшы стварыць больш кампактныя і эфектыўныя канструкцыі[4].
Аптычная паражніна: распрацоўка лазернага прамяня
Дызайн паражніны: акт балансавання фізікі і тэхнікі
Аптычны рэзанатар, або рэзанатар, з'яўляецца не проста пасіўным кампанентам, а актыўным удзельнікам фарміравання лазернага прамяня. Канструкцыя паражніны, уключаючы крывізну і выраўноўванне люстэркаў, адыгрывае вырашальную ролю ў вызначэнні стабільнасці, структуры мод і выхаду лазера. Паражніна павінна быць распрацавана так, каб узмацніць аптычны ўзмацненне пры мінімізацыі страт, задача, якая спалучае аптычную тэхніку з хвалевай оптыкай5.
Умовы ваганняў і выбар рэжыму
Для ўзнікнення лазерных ваганняў узмацненне, якое забяспечваецца асяроддзем, павінна перавышаць страты ў рэзонаце. Гэта ўмова ў спалучэнні з патрабаваннем кагерэнтнай хвалевай суперпазіцыі прадугледжвае падтрымку толькі пэўных падоўжных мод. На разнос паміж модамі і агульную структуру мод уплываюць фізічная даўжыня рэзанара і паказчык праламлення асяроддзя ўзмацнення[6].
Заключэнне
Распрацоўка і праца лазерных сістэм ахопліваюць шырокі спектр фізічных і інжынерных прынцыпаў. Ад квантавай механікі, якая кіруе асяроддзем узмацнення, да складанай канструкцыі аптычнага рэзанара, кожны кампанент лазернай сістэмы адыгрывае важную ролю ў яе агульнай функцыянальнасці. Гэты артыкул даў магчымасць зазірнуць у складаны свет лазерных тэхналогій, прапаноўваючы разуменне, якое перагукаецца з перадавым разуменнем прафесараў і інжынераў-оптыкаў у гэтай галіне.
Спасылкі
- 1. Зігман А. Е. (1986). Лазеры. Універсітэцкія навуковыя кнігі.
- 2. Свелто, О. (2010). Прынцыпы лазераў. Спрынгер.
- 3. Кёхнер, В. (2006). Цвёрдацельная лазерная тэхніка. Спрынгер.
- 4. Пайпер, JA і Mildren, RP (2014). Цвёрдацельныя лазеры з дыёднай накачкай. У Даведніку па лазерных тэхналогіях і прымяненні (том III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Лазерная фізіка. Уайлі.
- 6. Silfvast, WT (2004). Асновы лазера. Cambridge University Press.
Час публікацыі: 27 лістапада 2023 г