Základný pracovný princíp lasera (amplifikácia svetla stimulovanou emisiou žiarenia) je založená na javu stimulovanej emisie svetla. Prostredníctvom série presných návrhov a štruktúr vytvárajú lasery lúče s vysokou koherenciou, monochromatickosťou a jasom. Lasery sa široko používajú v moderných technológiách, a to aj v oblastiach ako komunikácia, medicína, výroba, meranie a vedecký výskum. Ich vysoká účinnosť a presné kontrolné charakteristiky z nich robia základnú súčasť mnohých technológií. Nižšie je uvedené podrobné vysvetlenie pracovných princípov laserov a mechanizmov rôznych typov laserov.
1. Stimulovaná emisia
Stimulovaný emisiaje základným princípom laserovej generácie, ktorý prvýkrát navrhol Einstein v roku 1917. Tento jav popisuje, ako sa vyrábajú koherentnejšie fotóny prostredníctvom interakcie medzi ľahkými a excitovanými štátnymi látkami. Aby sme lepšie porozumeli stimulovanej emisii, začnime spontánnou emisiou:
Spontánna emisia: V atómoch, molekulách alebo iných mikroskopických častiach môžu elektróny absorbovať vonkajšiu energiu (napríklad elektrickú alebo optickú energiu) a prechod na vyššiu úroveň energie, známa ako vzrušený stav. Elektróny vzrušeného stavu sú však nestabilné a nakoniec sa po krátkom období vrátia na nižšiu úroveň energie, známe ako základný stav. Počas tohto procesu elektrón uvoľňuje fotón, ktorým je spontánna emisia. Takéto fotóny sú náhodné, pokiaľ ide o frekvenciu, fázu a smer, a preto nemajú súdržnosť.
Stimulovaný emisia: Kľúčom k stimulovanej emisii je, že keď sa elektrón excitovaného stavu stretne s fotónom s energiou zodpovedajúcou jeho prechodnou energiou, môže fotón vyzvať elektrón, aby sa vrátil do pozemného stavu a uvoľnil nový fotón. Nový fotón je identický s pôvodným smerom frekvencie, fázy a šírenia, čo vedie k koherentnému svetlu. Tento jav významne zosilňuje počet a energiu fotónov a je základným mechanizmom laserov.
Pozitívna spätná väzba účinku stimulovanej emisie: Pri návrhu laserov sa stimulovaný emisný proces opakuje viackrát a tento efekt pozitívnej spätnej väzby môže exponenciálne zvýšiť počet fotónov. S pomocou rezonančnej dutiny sa zachováva koherencia fotónov a intenzita svetlého lúča sa neustále zvyšuje.
2. Získajte médium
Tenzískať médiumje základný materiál v laseri, ktorý určuje zosilnenie fotónov a laserový výstup. Je to fyzický základ stimulovanej emisie a jeho vlastnosti určujú frekvenciu, vlnovú dĺžku a výstupný výkon lasera. Typ a charakteristiky ziskového média priamo ovplyvňujú aplikáciu a výkon lasera.
Excitačný mechanizmus: Elektróny v ziskovom médiu musia byť nadšené na vyššiu úroveň energie pomocou externého zdroja energie. Tento proces sa zvyčajne dosahuje externými systémami dodávky energie. Bežné excitačné mechanizmy zahŕňajú:
Elektrické čerpanie: Vzrušujúce elektróny v ziskovom médiu použitím elektrického prúdu.
Optické čerpanie: Vzrušujúce médium so zdrojom svetla (napríklad blesková lampa alebo iný laser).
Systém úrovne energie: Elektróny v ziskovom médiu sú zvyčajne distribuované v špecifických úrovniach energie. Najbežnejšie súdvojúrovňové systémyasystémy so štyrmi úrovňami. V jednoduchom dvojúrovňovom systéme prechádzajú elektróny zo základného stavu do vzrušeného stavu a potom sa vrátia do základného stavu stimulovanou emisiou. V systéme so štyrmi úrovňami sa elektróny podrobujú komplexnejším prechodom medzi rôznymi energetickými hladinami, čo často vedie k vyššej účinnosti.
Typy ziskových médií:
Ziskovanie plynu médium: Napríklad hélium-neon (He-ne) lasery. Médiá na zisk plynu sú známe svojím stabilným výstupom a pevnou vlnovou dĺžkou a v laboratóriách sa široko používajú ako štandardné zdroje svetla.
Kvapalina: Napríklad farbivá lasery. Molekuly farbiva majú dobré excitačné vlastnosti na rôznych vlnových dĺžkach, vďaka čomu sú ideálne pre laditeľné lasery.
Médium: Napríklad lasery nd (noodymium dotované ytria hliníkovým granátom). Tieto lasery sú vysoko efektívne a výkonné a široko sa používajú pri priemyselnom rezaní, zváraní a lekárskych aplikáciách.
Poloduktor získal médium: Napríklad materiály gália arzenid (GAAS) sa široko používajú v komunikácii a optoelektronických zariadeniach, ako sú laserové diódy.
3. Rezonátorová dutina
Tenrezonátor dutinyje štrukturálna zložka v laseri, ktorý sa používa na spätnú väzbu a amplifikáciu. Jeho základnou funkciou je zvýšiť počet fotónov produkovaných stimulovanou emisiou odrážaním a zosilnením ich do dutiny, čím sa vytvára silný a zaostrený laserový výstup.
Štruktúra rezonátorskej dutiny: Zvyčajne sa skladá z dvoch paralelných zrkadiel. Jeden je plne reflexné zrkadlo, známe akozadné zrkadloa druhý je čiastočne reflexné zrkadlo, známe akovýstupné zrkadlo. Fotóny sa odrážajú tam a späť v dutine a sú zosilnené interakciou so ziskovým médiom.
Rezonancia: Dizajn rezonátorskej dutiny musí spĺňať určité podmienky, napríklad zabezpečenie toho, aby fotóny tvorili stojaté vlny vo vnútri dutiny. To si vyžaduje, aby dĺžka dutiny bola násobkom laserovej vlnovej dĺžky. Vo vnútri dutiny sa môžu účinne zosilniť iba svetelné vlny, ktoré spĺňajú tieto podmienky.
Výstupný lúč: Čiastočne reflexné zrkadlo umožňuje prejsť časť zosilneného svetlého lúča, čím sa vytvorí výstupný lúč laseru. Tento lúč má vysoké smerovanie, súdržnosť a monochromaticitu.
Ak sa chcete dozvedieť viac alebo máte záujem o lasery, neváhajte nás kontaktovať:
Lumispot
Adresa: Budova 4 #, č. 99 Furong 3. cesta, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Čína
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Webová stránka: www.lumispot-tech.com
Čas príspevku: 18. septembra 2014