Асноўны прынцып працы лазера

Асноўны прынцып працы лазера (узмацненне святла стымуляваным выпраменьваннем) заснаваны на з'яве стымуляванага выпраменьвання святла. Праз шэраг дакладных канструкцый і структур лазеры генеруюць прамяні з высокай кагерэнтнасцю, манахраматычнасцю і яркасцю. Лазеры шырока выкарыстоўваюцца ў сучасных тэхналогіях, у тым ліку ў такіх галінах, як сувязь, медыцына, вытворчасць, вымярэнні і навуковыя даследаванні. Іх высокая эфектыўнасць і дакладныя характарыстыкі кіравання робяць іх асноўным кампанентам многіх тэхналогій. Ніжэй прыводзіцца падрабязнае тлумачэнне прынцыпаў працы лазераў і механізмаў розных тыпаў лазераў.

1. Стымуляванае выпраменьванне

Стымуляванае выпраменьваннез'яўляецца фундаментальным прынцыпам лазернай генерацыі, упершыню прапанаваным Эйнштэйнам у 1917 г. Гэта з'ява апісвае, як у выніку ўзаемадзеяння паміж святлом і матэрыяй ва ўзбуджаным стане ствараюцца больш кагерэнтныя фатоны. Каб лепш зразумець стымуляванае выпраменьванне, давайце пачнем са спантаннага выпраменьвання:

Самаадвольнае выпраменьванне: У атамах, малекулах або іншых мікраскапічных часціцах электроны могуць паглынаць знешнюю энергію (напрыклад, электрычную або аптычную) і пераходзіць на больш высокі энергетычны ўзровень, вядомы як узбуджаны стан. Аднак электроны ва ўзбуджаным стане нестабільныя і праз кароткі перыяд у канчатковым выніку вернуцца на больш нізкі энергетычны ўзровень, вядомы як асноўны стан. Падчас гэтага працэсу электрон выпускае фатон, які з'яўляецца самаадвольным выпраменьваннем. Такія фатоны выпадковыя з пункту гледжання частаты, фазы і напрамку, і, такім чынам, не маюць кагерэнтнасці.

Стымуляванае выпраменьванне: Ключ да стымуляванага выпраменьвання заключаецца ў тым, што калі электрон ва ўзбуджаным стане сустракае фатон з энергіяй, якая адпавядае энергіі пераходу, фатон можа прымусіць электрон вярнуцца ў асноўны стан, адначасова выпускаючы новы фатон. Новы фатон ідэнтычны першапачатковаму з пункту гледжання частаты, фазы і напрамку распаўсюджвання, што прыводзіць да кагерэнтнага святла. Гэта з'ява значна павялічвае колькасць і энергію фатонаў і з'яўляецца асноўным механізмам лазераў.

Станоўчая зваротная сувязь Эфект стымуляванага выпраменьвання: У канструкцыі лазераў працэс стымуляванага выпраменьвання паўтараецца некалькі разоў, і гэты станоўчы эфект зваротнай сувязі можа экспанентна павялічваць колькасць фатонаў. З дапамогай рэзананснай паражніны падтрымліваецца кагерэнтнасць фатонаў, а інтэнсіўнасць светлавога пучка бесперапынна павялічваецца.

2. Узмацненне сярэдняга

Theпрырост сярэдніз'яўляецца асноўным матэрыялам у лазеры, які вызначае ўзмацненне фатонаў і выхад лазера. Гэта фізічная аснова стымуляванага выпраменьвання, і яго ўласцівасці вызначаюць частату, даўжыню хвалі і выхадную магутнасць лазера. Тып і характарыстыкі асяроддзя ўзмацнення непасрэдна ўплываюць на прымяненне і прадукцыйнасць лазера.

Механізм ўзбуджэння: Электроны ў асяроддзі ўзмацнення павінны быць узбуджаны да больш высокага ўзроўню энергіі знешняй крыніцай энергіі. Гэты працэс звычайна дасягаецца знешнімі сістэмамі энергазабеспячэння. Агульныя механізмы ўзбуджэння ўключаюць:

Электрычная помпавая: Узбуджанне электронаў у асяроддзі ўзмацнення шляхам падачы электрычнага току.

Аптычная накачка: Узбуджанне асяроддзя з дапамогай крыніцы святла (напрыклад, лямпы-ўспышкі або іншага лазера).

Сістэма энергетычных узроўняў: Электроны ў асяроддзі ўзмацнення звычайна размяркоўваюцца па пэўных узроўнях энергіі. Найбольш распаўсюджанымі з'яўляюццадвухузроўневыя сістэмыічатырохузроўневыя сістэмы. У простай двухузроўневай сістэме электроны пераходзяць з асноўнага стану ва ўзбуджаны, а затым вяртаюцца ў асноўны стан праз стымуляванае выпраменьванне. У чатырохузроўневай сістэме электроны перажываюць больш складаныя пераходы паміж рознымі энергетычнымі ўзроўнямі, што часта прыводзіць да больш высокай эфектыўнасці.

Віды сродкаў узмацнення:

Сярэдні ўзмацненне газу: Напрыклад, гелій-неонавыя (He-Ne) лазеры. Газавыя ўзмацняльнікі вядомыя сваім стабільным выхадам і фіксаванай даўжынёй хвалі і шырока выкарыстоўваюцца ў якасці стандартных крыніц святла ў лабараторыях.

Сярэдняя ўзмацненне вадкасці: Напрыклад, лазеры на фарбавальніках. Малекулы фарбавальніка валодаюць добрымі ўласцівасцямі ўзбуджэння на розных даўжынях хваль, што робіць іх ідэальнымі для наладжвальных лазераў.

Сярэдняе ўзмацненне цвёрдай нагрузкі: Напрыклад, лазеры Nd (ітрыева-алюмініевы гранат, дапаваны неадымам). Гэтыя лазеры вельмі эфектыўныя і магутныя і шырока выкарыстоўваюцца ў прамысловай рэзцы, зварцы і ў медыцыне.

Сярэдняе ўзмацненне паўправадніка: Напрыклад, матэрыялы з арсеніду галію (GaAs) шырока выкарыстоўваюцца ў камунікацыйных і оптаэлектронных прыладах, такіх як лазерныя дыёды.

3. Рэзанатарная паражніна

Theпаражніну рэзанатараз'яўляецца структурным кампанентам лазера, які выкарыстоўваецца для зваротнай сувязі і ўзмацнення. Яго асноўная функцыя заключаецца ў павелічэнні колькасці фатонаў, якія ўтвараюцца ў выніку стымуляванага выпраменьвання, шляхам адлюстравання і ўзмацнення іх унутры паражніны, ствараючы такім чынам моцны і сфакусаваны выхад лазера.

Будова рэзанатарнай паражніны: Звычайна складаецца з двух паралельных люстэркаў. Адным з іх з'яўляецца цалкам адлюстроўвае люстэрка, вядомае якзадняе люстэрка, а другі ўяўляе сабой часткова адбівае люстэрка, вядомае яквыходнае люстэрка. Фатоны адлюстроўваюцца наперад і назад унутры паражніны і ўзмацняюцца праз узаемадзеянне з асяроддзем узмацнення.

Умова рэзанансу: Канструкцыя рэзанатарнай паражніны павінна адпавядаць пэўным умовам, такім як забеспячэнне таго, каб фатоны ўтваралі стаячыя хвалі ўнутры паражніны. Гэта патрабуе, каб даўжыня паражніны была кратнай даўжыні хвалі лазера. Толькі светлавыя хвалі, якія адпавядаюць гэтым умовам, могуць эфектыўна ўзмацняцца ўнутры паражніны.

Выхадны прамень: Люстэрка з частковым адлюстраваннем дазваляе частцы ўзмоцненага светлавога прамяня праходзіць, утвараючы выхадны прамень лазера. Гэты прамень мае высокую накіраванасць, кагерэнтнасць і манахраматычнасць.

Калі вы хочаце даведацца больш або зацікаўлены ў лазерах, калі ласка, не саромейцеся звязацца з намі:

Lumispot

Адрас: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Усі, 214000, Кітай

Тэл.: + 86-0510 87381808.

Маб.: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Вэб-сайт: www.lumispot-tech.com