Асноўны прынцып працы лазера (узмацненне святла шляхам вымушанага выпраменьвання радыяцыі) заснаваны на з'яве вымушанага выпраменьвання святла. Дзякуючы шэрагу 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 прыведзена падрабязнае тлумачэнне прынцыпаў працы лазераў і механізмаў розных тыпаў лазераў.
1. Вымушанае выкідванне
Вымушанае выпраменьванне— гэта фундаментальны прынцып генерацыі лазера, упершыню прапанаваны Эйнштэйнам у 1917 годзе. Гэтая з'ява апісвае, як больш кагерэнтныя фатоны ўтвараюцца ў выніку ўзаемадзеяння паміж святлом і ўзбуджанай матэрыяй. Каб лепш зразумець вымушанае выпраменьванне, пачнем са спантаннага выпраменьвання:
Спантаннае выпраменьваннеУ атамах, малекулах або іншых мікраскапічных часціцах электроны могуць паглынаць знешнюю энергію (напрыклад, электрычную або аптычную энергію) і пераходзіць на больш высокі энергетычны ўзровень, вядомы як узбуджаны стан. Аднак электроны ва ўзбуджаным стане нестабільныя і ў рэшце рэшт праз кароткі прамежак часу вяртаюцца на больш нізкі энергетычны ўзровень, вядомы як асноўны стан. Падчас гэтага працэсу электрон вызваляе фатон, што з'яўляецца спантанным выпраменьваннем. Такія фатоны выпадковыя па частаце, фазе і кірунку, і таму не маюць кагерэнтнасці.
Вымушанае выпраменьваннеКлюч да вымушанага выпраменьвання заключаецца ў тым, што калі электрон ва ўзбуджаным стане сустракае фатон з энергіяй, якая адпавядае яго энергіі пераходу, фатон можа прымусіць электрон вярнуцца ў асноўны стан, вызваляючы новы фатон. Новы фатон ідэнтычны зыходнаму па частаце, фазе і кірунку распаўсюджвання, што прыводзіць да кагерэнтнага святла. Гэта з'ява значна павялічвае колькасць і энергію фатонаў і з'яўляецца асноўным механізмам лазераў.
Эфект станоўчай зваротнай сувязі вымушанага выпраменьванняПры распрацоўцы лазераў працэс вымушанага выпраменьвання паўтараецца некалькі разоў, і гэты эфект станоўчай зваротнай сувязі можа экспанентна павялічваць колькасць фатонаў. З дапамогай рэзананснага рэзанатара падтрымліваецца кагерэнтнасць фатонаў, а інтэнсіўнасць светлавога прамяня пастаянна павялічваецца.
2. Сярэдні ўзровень узмацнення
Гэтысярэдні ўзмацненне— гэта асноўны матэрыял лазера, які вызначае ўзмацненне фатонаў і лазерны выхад. Ён з'яўляецца фізічнай асновай вымушанага выпраменьвання, а яго ўласцівасці вызначаюць частату, даўжыню хвалі і выходную магутнасць лазера. Тып і характарыстыкі асяроддзя ўзмацнення непасрэдна ўплываюць на прымяненне і прадукцыйнасць лазера.
Механізм узбуджэнняЭлектроны ў асяроддзі ўзмацнення павінны быць узбуджаны да больш высокага ўзроўню энергіі знешняй крыніцай энергіі. Гэты працэс звычайна дасягаецца з дапамогай знешніх сістэм падачы энергіі. Звычайныя механізмы ўзбуджэння ўключаюць:
Электрычная помпаваяУзбуджэнне электронаў у асяроддзі ўзмацнення шляхам падачы электрычнага току.
Аптычная накачкаУзбуджэнне асяроддзя крыніцай святла (напрыклад, лямпай-ўспышкай або іншым лазерам).
Сістэма энергетычных узроўняўЭлектроны ў асяроддзі ўзмацнення звычайна размеркаваны па пэўных энергетычных узроўнях. Найбольш распаўсюджанымі з'яўляюццадвух'ярусныя сістэмыічатырохузроўневыя сістэмыУ простай двухузроўневай сістэме электроны пераходзяць з асноўнага стану ва ўзбуджаны, а затым вяртаюцца ў асноўны стан праз вымушанае выпраменьванне. У чатырохузроўневай сістэме электроны перажываюць больш складаныя пераходы паміж рознымі энергетычнымі ўзроўнямі, што часта прыводзіць да больш высокай эфектыўнасці.
Тыпы ўзмацняльнікаў:
Сярэдні ўзровень газуНапрыклад, гелій-неонавыя (He-Ne) лазеры. Газавыя носьбіты ўзмацняльніка вядомыя сваёй стабільнай выходнай магутнасцю і фіксаванай даўжынёй хвалі і шырока выкарыстоўваюцца ў якасці стандартных крыніц святла ў лабараторыях.
Сярэдні ўзровень узмацнення вадкасціНапрыклад, лазеры на фарбавальніку. Малекулы фарбавальніка валодаюць добрымі ўласцівасцямі ўзбуджэння на розных даўжынях хваль, што робіць іх ідэальнымі для лазераў з перабудоўваемым эфектам.
Сярэдні ўзровень узмацненняНапрыклад, Nd-лазеры (лазеры на аснове ітрыевага алюмініевага граната з неадымам). Гэтыя лазеры вельмі эфектыўныя і магутныя, і шырока выкарыстоўваюцца ў прамысловай рэзцы, зварцы і медыцынскіх мэтах.
паўправадніковы ўзмацняльнікНапрыклад, матэрыялы на аснове арсеніду галію (GaAs) шырока выкарыстоўваюцца ў прыладах сувязі і оптаэлектронікі, такіх як лазерныя дыёды.
3. Рэзанансная поласць
Гэтырэзанатарная поласць— гэта структурны кампанент лазера, які выкарыстоўваецца для зваротнай сувязі і ўзмацнення. Яго асноўная функцыя заключаецца ў павелічэнні колькасці фатонаў, якія ўтвараюцца ў выніку вымушанага выпраменьвання, шляхам адлюстравання і ўзмацнення іх унутры рэзанатара, тым самым ствараючы моцны і сфакусаваны лазерны выхад.
Структура рэзанатараЗвычайна ён складаецца з двух паралельных люстэркаў. Адно з іх — цалкам адлюстроўваючае люстэрка, вядомае яклюстэрка задняга віду, а другое — часткова адбівальнае люстэрка, вядомае яквыходнае люстэркаФатоны адлюстроўваюцца туды-сюды ўнутры рэзанатара і ўзмацняюцца праз узаемадзеянне з асяроддзем ўзмацнення.
Рэзанансная ўмоваКанструкцыя рэзанатара павінна адпавядаць пэўным умовам, такім як забеспячэнне таго, каб фатоны ўтваралі стаячыя хвалі ўнутры рэзанатара. Гэта патрабуе, каб даўжыня рэзанатара была кратнай даўжыні хвалі лазера. Толькі светлавыя хвалі, якія адпавядаюць гэтым умовам, могуць эфектыўна ўзмацняцца ўнутры рэзанатара.
Выхадны праменьЧасткова адбівальнае люстэрка прапускае частку ўзмоцненага светлавога прамяня, фарміруючы выходны прамень лазера. Гэты прамень мае высокую накіраванасць, кагерэнтнасць і манахраматычнасць..
Калі вы хочаце даведацца больш або зацікаўлены ў лазерах, калі ласка, звяжыцеся з намі:
Люміспот
Адрас: будынак 4, № 99, 3-я дарога Фуронг, раён Сішань, горад Усі, 214000, Кітай
Тэл.: + 86-0510 87381808.
Мабільны: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Вэб-сайт: www.lumispot-tech.com
Час публікацыі: 18 верасня 2024 г.