Prihláste sa na odber našich sociálnych médií, aby ste mohli okamžite post
Lasery, základný kameň moderných technológií, sú rovnako fascinujúce, ako sú zložité. V ich srdci leží symfónia komponentov pracujúcich v súzvuku na výrobe koherentného zosilneného svetla. Tento blog sa ponorí do zložitosti týchto komponentov podporovaných vedeckými princípmi a rovnicami, aby poskytol hlbšie porozumenie laserovej technológie.
Pokročilé poznatky o komponentoch laserového systému: Technická perspektíva pre profesionálov
| Komponent | Funkcia | Príklady |
| Získať médium | Ziskové médium je materiál v laseri používanom na zosilnenie svetla. Uľahčuje zosilnenie svetla procesom inverzie populácie a stimulovaných emisií. Výber ziskového média určuje charakteristiky žiarenia laserom. | Lasery: napr. ND: YAG (hliníkový granát YTTRIUM s neodymiami), používaný v lekárskych a priemyselných aplikáciách.Plynové lasery: napr. CO2 lasery, ktoré sa používajú na rezanie a zváranie.Polovodičové lasery:Napr. laserové diódy, používané v komunikácii optickej vlákna a laserových ukazovateľov. |
| Čerpací zdroj | Pumpovací zdroj poskytuje energiu ziskovému médiu na dosiahnutie inverzie populácie (zdroj energie pre inverziu populácie), čo umožňuje laserovú prevádzku. | Optické čerpanie: Používanie intenzívnych zdrojov svetla, ako sú flashlín, na čerpanie laserov v tuhom stave.Elektrické čerpanie: Vzrušujúce plyn v plynových laseroch cez elektrický prúd.Pumpovanie polovodičov: Použitie laserových diód na čerpanie laserového média v tuhom stave. |
| Optická dutina | Optická dutina, pozostávajúca z dvoch zrkadiel, odráža svetlo na zvýšenie dĺžky cesty svetla v ziskovom médiu, čím sa zvyšuje zosilnenie svetla. Poskytuje mechanizmus spätnej väzby na laserovú amplifikáciu a výber spektrálnych a priestorových charakteristík svetla. | Planárna dutina: Používa sa v laboratórnom výskume, jednoduchá štruktúra.Planárna dutina: Bežné v priemyselných laseroch poskytuje vysoko kvalitné lúče. Dutina: Používa sa v konkrétnych vzoroch kruhových laserov, ako sú kruhové plynové lasery. |
Ziskové médium: Nexus kvantovej mechaniky a optického inžinierstva
Kvantová dynamika v ziskovom médiu
Ziskové médium je miesto, kde dochádza k základnému procesu amplifikácie svetla, čo je jav hlboko zakorenený v kvantovej mechanike. Interakcia medzi energetickými stavmi a časticami v rámci média sa riadi zásadami stimulovaných emisií a inverzie populácie. Kritický vzťah medzi intenzitou svetla (I), počiatočnou intenzitou (I0), prierezom prechodu (σ21) a číslami častíc na dvoch úrovniach energie (N2 a N1) je opísaný rovnicou I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). Dosiahnutie inverzie populácie, kde N2> N1, je nevyhnutná na amplifikáciu a je základným kameňom laserovej fyziky [1].
Trojúrovňové vs. štvorčlenné systémy
V praktických laserových dizajnoch sa bežne používajú tri úrovne a štyri úrovne. Trojúrovňové systémy, hoci sú jednoduchšie, vyžadujú viac energie na dosiahnutie inverzie populácie, pretože nižšia úroveň laseru je základným stavom. Na druhej strane štvorčlenné systémy ponúkajú efektívnejšiu cestu k inverzii populácie v dôsledku rýchleho neradiačného rozkladu z vyššej úrovne energie, čím sa zvyšuje častejšie v moderných laserových aplikáciách [2].
Is Sklo dotované erbiumZiskové médium?
Áno, sklo dotované Erbium je skutočne typom ziskového média používaného v laserových systémoch. V tejto súvislosti sa „doping“ týka procesu pridávania určitého množstva erbiových iónov (er³⁺) do skla. Erbium je prvok vzácnych zemín, ktorý pri začlenení do skleneného hostiteľa môže účinne zosilňovať svetlo stimulovanou emisiou, čo je základný proces v laserovej prevádzke.
Sklo dotované Erbium je obzvlášť pozoruhodné pre jeho použitie vo vláknových laseroch a zosilňovačoch vlákien, najmä v telekomunikačnom priemysle. Pre tieto aplikácie je vhodná, pretože efektívne zosilňuje svetlo pri vlnových dĺžkach okolo 1550 nm, čo je kľúčová vlnová dĺžka pre komunikáciu s optickými vláknami v dôsledku jeho nízkej straty v štandardných vláknach oxidu kremičitého.
Tenerbiumióny absorbujú svetlo čerpadla (často z alaserová dióda) a sú nadšení z vyšších energetických stavov. Keď sa vrátia do stavu s nižšou energiou, emitujú fotóny pri lasingovej vlnovej dĺžke a prispievajú k laserovému procesu. Vďaka tomu je sklo dotované Erbium efektívne a široko používané ziskové médium v rôznych laserových a zosilňovacích dizajnoch.
Súvisiace blogy: Novinky - sklo dotované Erbium: Science and Applications
Čerpacie mechanizmy: hnacia sila za lasermi
Rôzne prístupy k dosiahnutiu inverzie obyvateľstva
Výber mechanizmu čerpania je kľúčový pri laserovom dizajne, ktorý ovplyvňuje všetko od účinnosti po výstupnú vlnovú dĺžku. Optické čerpanie, ktoré využíva externé zdroje svetla, ako sú flashlín alebo iné lasery, je bežné v tuhých a farbivých laseroch. Metódy elektrického výboja sa zvyčajne používajú v plynových laseroch, zatiaľ čo polovodičové lasery často používajú vstrekovanie elektrónov. Účinnosť týchto čerpacích mechanizmov, najmä v laseroch s tuhým stavom pumpovaným diódom, sa významne zameriava na nedávny výskum a ponúka vyššiu účinnosť a kompaktnosť [3].
Technické úvahy o účinnosti čerpania
Účinnosť procesu čerpania je kritickým aspektom laserového návrhu, ktorý ovplyvňuje celkovú výkonnosť a vhodnosť aplikácií. V laseroch v tuhom stave môže výber medzi bleskami a laserovými diódami ako zdrojom čerpadla významne ovplyvniť účinnosť systému, tepelné zaťaženie a kvalitu lúča. Vývoj vysoko výkonných a vysokoúčinných laserových diód revolúciou v laserových systémoch DPS, čo umožňuje kompaktnejšie a efektívnejšie návrhy [4].
Optická dutina: inžinierstvo laserového lúča
Dizajn dutiny: vyrovnávací akt fyziky a inžinierstva
Optická dutina alebo rezonátor nie je iba pasívnym komponentom, ale aktívnym účastníkom formovania laserového lúča. Návrh dutiny vrátane zakrivenia a zarovnania zrkadiel hrá rozhodujúcu úlohu pri určovaní stability, štruktúry režimu a výstupu lasera. Dutina musí byť navrhnutá tak, aby zlepšila optický zisk a zároveň minimalizovala straty, výzva, ktorá kombinuje optické inžinierstvo s optikou vlny5.
Podmienky oscilácie a výber režimu
Aby sa vyskytla laserová oscilácia, zisk poskytnutý médiom musí prekročiť straty v dutine. Táto podmienka, spojená s požiadavkou na koherentnú superpozíciu vlny, určuje, že sú podporované iba určité pozdĺžne režimy. Rozstup režimu a celková štruktúra režimu sú ovplyvnené fyzickou dĺžkou dutiny a indexom lomu ziskového média [6].
Záver
Návrh a prevádzka laserových systémov zahŕňa široké spektrum fyzikálnych a inžinierskych princípov. Od kvantovej mechaniky upravujúcej ziskové médium až po zložité inžinierstvo optickej dutiny, každá zložka laserového systému zohráva dôležitú úlohu v jeho celkovej funkčnosti. Tento článok poskytol pohľad na zložitý svet laserovej technológie a ponúka poznatky, ktoré rezonujú s pokročilým porozumením profesorov a optických inžinierov v tejto oblasti.
Odkazy
- 1. Siegman, AE (1986). Lasery. Univerzitné vedecké knihy.
- 2. Svelto, O. (2010). Princípy laserov. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Laserové inžinierstvo v pevnom stave. Springer.
- 4. Piper, JA a Mildren, RP (2014). Diódové lasery čerpané v tuhom stave. V Handbook of Laser Technology and Applications (Vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW a Eberly, JH (2010). Laserová fyzika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laserové základy. Cambridge University Press.
Čas príspevku: november-27-2023