Падпішыцеся на нашы сацыяльныя медыя для аператыўнага паведамлення
Лазеры, краевугольны камень сучасных тэхналогій, гэтак жа займальныя, як і складаныя. У іх сэрцы ляжыць сімфонія кампанентаў, якія працуюць ва ўнісон, каб стварыць узгодненае і ўзмоцненае святло. Гэты блог паглыбляецца ў тонкасці гэтых кампанентаў, якія падтрымліваюцца навуковымі прынцыпамі і раўнаннямі, каб забяспечыць больш глыбокае разуменне лазернай тэхналогіі.
Пашыраны ўяўленне пра кампаненты лазернай сістэмы: тэхнічная перспектыва для прафесіяналаў
| Кампанент | Функцыя | Прыклады |
| Набярыце сярэдняе | Сярод узмацнення - гэта матэрыял у лазеры, які выкарыстоўваецца для ўзмацнення святла. Гэта спрыяе ўзмацненню святла праз працэс інверсіі насельніцтва і стымуляванага выпраменьвання. Выбар асяроддзя ўзмацнення вызначае характарыстыкі выпраменьвання лазера. | Цвёрдацельныя лазеры: EG, ND: YAG (Neodymium-лекавы граната yttrium Aluminium), які выкарыстоўваецца ў медыцынскіх і прамысловых прыкладаннях.Газавыя лазеры: напрыклад, лазеры CO2, якія выкарыстоўваюцца для рэзкі і зваркі.Паўправадніковыя лазеры:Напрыклад, лазерныя дыёды, якія выкарыстоўваюцца ў сувязі з валаконнай оптыкай і лазернымі паказальнікамі. |
| Крыніца прапампоўкі | Крыніца прапампоўкі забяспечвае энергію для ўзмацнення асяроддзя для дасягнення інверсіі насельніцтва (крыніцы энергіі для інверсіі папуляцыі), што дазваляе лазерна працаваць. | Аптычная помпаванне: Выкарыстанне інтэнсіўных крыніц святла, такіх як FlashLamps для перапампоўкі цвёрдацельных лазераў.Электрычная прапампоўка: Захапляе газ у газавых лазерах праз электрычны ток.Паўправадніковая помпа: Выкарыстоўваючы лазерныя дыёды для перапампоўкі цвёрдацельнага лазернага асяроддзя. |
| Аптычная паражніну | Аптычная паражніну, якая складаецца з двух люстэркаў, адлюстроўвае святло, каб павялічыць даўжыню святла шляху ў асяроддзі ўзмацнення, тым самым узмацняючы ўзмацненне святла. Ён забяспечвае механізм зваротнай сувязі для лазернага ўзмацнення, выбіраючы спектральныя і прасторавыя характарыстыкі святла. | Плоска-планарная паражніну: Выкарыстоўваецца ў лабараторных даследаваннях, простай структуры.Планарная паражніну: Распаўсюджаны ў прамысловых лазерах, забяспечвае якасныя бэлькі. Пярсцёнка: Выкарыстоўваецца ў пэўных канструкцыях кальцавых лазераў, як, напрыклад, лазеры газу. |
Сродкі ўзмацнення: Nexus квантавай механікі і аптычнай інжынерыі
Квантавая дынаміка ў асяроддзі ўзмацнення
Сярэдняя серада ўзмацняецца, калі адбываецца асноўны працэс узмацнення святла, з'ява глыбока ўкаранілася ў квантавай механіцы. Узаемадзеянне паміж энергетычнымі станамі і часціцамі ў асяроддзі рэгулюецца прынцыпамі стымуляванай выкіды і інверсіі насельніцтва. Крытычная сувязь паміж інтэнсіўнасцю святла (I), пачатковай інтэнсіўнасцю (I0), перасекам пераходу (σ21) і нумарамі часціц на двух узроўнях энергіі (N2 і N1) апісана раўнаннем i = i0e^(σ21 (N2-N1) L). Дасягненне інверсіі насельніцтва, дзе N2> N1, мае важнае значэнне для ўзмацнення і з'яўляецца краевугольным каменем лазернай фізікі [1].
Трох узроўняў у параўнанні з чатырох узроўнем сістэм
У практычных лазерных канструкцыях звычайна выкарыстоўваюцца трох узроўняў і чатырох узроўняў. Трох узроўняў сістэмы, хоць і прасцей, патрабуюць большай энергіі для дасягнення інверсіі насельніцтва, паколькі нізкі ўзровень лазера з'яўляецца асноўным станам. З іншага боку, чатыры ўзроўні сістэмы прапануюць больш эфектыўны шлях да інверсіі насельніцтва з-за хуткага нерадыятыўнага распаду ад больш высокага ўзроўню энергіі, што робіць іх больш распаўсюджанымі ў сучасных лазерных дадатках [2].
Is Шкло, легаванае эрбіемпрыбытак асяроддзя?
Так, шкло з лекарам з эрбіем сапраўды з'яўляецца тыпам узмацнення, якая выкарыстоўваецца ў лазерных сістэмах. У гэтым кантэксце "допінг" ставіцца да працэсу дадання ў шклянку пэўнай колькасці іёнаў эрбію (er³⁺). Эрбіум - гэта рэдкі элемент Зямлі, які, калі ўключыць у шкла, можа эфектыўна ўзмацняць святло за кошт стымуляванага выпраменьвання, асноўнага працэсу ў лазернай працы.
Шкло, лежанае з эрбіем, асабліва характэрнае для яго выкарыстання ў валокнах і ўзмацняльніках валокнаў, асабліва ў тэлекамунікацыйнай галіне. Гэта добра падыходзіць для гэтых прыкладанняў, паколькі ён эфектыўна ўзмацняе святло на даўжынях хваль каля 1550 нм, што з'яўляецца ключавой даўжынёй хвалі для сувязі з аптычнымі валокнамі з-за яго нізкай страты ў стандартных крэмневых валокнах.
АэрбіумІёны паглынаюць святло помпы (часталазерны дыёд) і ўсхваляваны больш высокімі энергетычнымі станамі. Калі яны вяртаюцца ў больш нізкі ўзровень энергіі, яны выпраменьваюць фатоны на даўжыні хвалі, уносячы ўклад у лазерны працэс. Гэта робіць шклянку з лекавым эрбіем эфектыўным і шырока выкарыстоўваным асяроддзем узмацнення ў розных канструкцыях лазера і ўзмацняльніка.
Звязаныя блогі: Навіны - шкло з лекарам: навука і прыкладанні
Механізмы помпы: рухаючая сіла за лазерамі
Разнастайныя падыходы да дасягнення інверсіі насельніцтва
Выбар механізму помпы з'яўляецца галоўным у лазернай канструкцыі, уплываючы на ўсё, ад эфектыўнасці да выходнай даўжыні хвалі. Аптычная помпаванне з выкарыстаннем знешніх крыніц святла, такіх як флэш-паліры ці іншыя лазеры, часта сустракаецца ў цвёрдацельных і фарбавальных лазерах. Метады электрычнага разраду звычайна выкарыстоўваюцца ў газавых лазерах, у той час як паўправадніковыя лазеры часта выкарыстоўваюць электронны ўпырск. Эфектыўнасць гэтых механізмаў помпавання, асабліва ў цвёрдацельных лазерах, якія ўносяць дыёд, стала значнай увагай у апошніх даследаваннях, што забяспечвае больш высокую эфектыўнасць і кампактнасць [3].
Тэхнічныя меркаванні па эфектыўнасці прапампоўкі
Эфектыўнасць працэсу помпы з'яўляецца найважнейшым аспектам лазернай канструкцыі, які ўплывае на агульную прадукцыйнасць і прыдатнасць прымянення. У цвёрдацельных лазерах выбар паміж FlashLamps і лазернымі дыёдамі ў якасці крыніцы помпы можа істотна паўплываць на эфектыўнасць сістэмы, цеплавую нагрузку і якасць прамяня. Развіццё высокаэфектыўных лазерных дыёдаў рэвалюцыянізавала лазерныя сістэмы DPSS, што дазволіла больш кампактныя і эфектыўныя канструкцыі [4].
Аптычная паражніну: інжынірынг лазернага прамяня
Дызайн паражніны: балансавы акт фізікі і тэхнікі
Аптычная паражніну або рэзанатар - гэта не проста пасіўны кампанент, але і актыўны ўдзельнік фарміравання лазернага прамяня. Дызайн паражніны, уключаючы крывізны і выраўноўванне люстэркаў, гуляе вырашальную ролю ў вызначэнні стабільнасці, структуры рэжыму і выхаду лазера. Паражніну павінна быць распрацавана для павышэння аптычнага ўзмацнення, мінімізуючы страты, гэта праблема, якая спалучае ў сабе аптычную інжынерыю з хвалевай оптыкай5.
Умовы ваганняў і выбар рэжыму
Для ўзнікнення лазерных ваганняў узмацненне, якое забяспечваецца асяроддзем, павінен перавышаць страты ў паражніны. Гэты стан у спалучэнні з патрабаваннем да ўзгодненай суперпазіцыі хвалі дыктуе, што падтрымліваюцца толькі пэўныя падоўжныя рэжымы. Размяшчэнне рэжыму і агульная структура рэжыму ўплываюць на фізічную даўжыню паражніны і паказчык праламлення асяроддзя ўзмацнення [6].
Выснова
Дызайн і праца лазерных сістэм ахопліваюць шырокі спектр фізікі і інжынерных прынцыпаў. Ад квантавай механікі, якая рэгулюе асяроддзе ўзмацнення да складанай інжынерыі аптычнай паражніны, кожны кампанент лазернай сістэмы гуляе жыццёва важную ролю ў яе агульнай функцыянальнасці. Гэты артыкул дала ўяўленне пра складаны свет лазерных тэхналогій, прапаноўваючы разуменне, якое рэзаніруе з удасканаленым разуменнем прафесараў і аптычных інжынераў у гэтай галіне.
Спасылкі
- 1. Зігман, AE (1986). Лазеры. Універсітэцкія навуковыя кнігі.
- 2. Svelto, O. (2010). Прынцыпы лазераў. Спрынгер.
- 3. Koechner, W. (2006). Цвёрдацельная лазерная інжынерыя. Спрынгер.
- 4. Пайпер, JA, & Mildren, RP (2014). Дыёд перапампоўваў цвёрдацельнымі лазерамі. У даведніку па лазерных тэхналогіях і прыкладаннях (т. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Лазерная фізіка. Вілі.
- 6. Silfvast, WT (2004). Лазерныя асновы. Cambridge University Press.
Час паведамлення: 27-2023