Prenumeruokite mūsų socialinę žiniasklaidą, kad gautumėte greitą įrašą
Lazeriai, kertinis šiuolaikinių technologijų akmuo, yra tokie pat žavūs, kaip ir sudėtingi. Jų širdyje slypi komponentų, dirbančių vieningai, simfonija, kad būtų galima sukurti nuoseklią, sustiprintą šviesą. Šis tinklaraštis gilinasi į šių komponentų painiavą, paremtą moksliniais principais ir lygtimis, kad būtų galima giliau suprasti lazerio technologiją.
Išplėstinės įžvalgos apie lazerinės sistemos komponentus: techninė perspektyva profesionalams
| Komponentas | Funkcija | Pavyzdžiai |
| Įgyti terpę | Priaugimo terpė yra lazerio medžiaga, naudojama šviesai amplifikuoti. Tai palengvina šviesos amplifikaciją per populiacijos inversijos procesą ir stimuliuoja emisiją. Pasirinkus stiprinimo terpę, lazerio radiacijos charakteristikos lemia. | Kietojo kūno lazeriai:Dujų lazeriai: pvz., CO2 lazeriai, naudojami pjaustymui ir suvirinimui.Puslaidininkių lazeriai:Pvz., Lazeriniai diodai, naudojami pluošto optikos komunikacijos ir lazerio rodyklėse. |
| Siurbimo šaltinis | Siurblio šaltinis suteikia energijos padidėjimo terpei pasiekti populiacijos inversiją (energijos šaltinis populiacijos inversijai), leidžiantis veikti lazeriu. | Optinis siurbimas: Naudojant intensyvius šviesos šaltinius, tokius kaip „FlashLamps“, norint siurbti kietojo kūno lazerius.Elektrinis siurbimas: Dujas jaudina dujų lazeriai per elektros srovę.Puslaidininkių siurbimas: Lazerinių diodų naudojimas kietojo kūno lazerio terpei siurbti. |
| Optinė ertmė | Optinė ertmė, susidedanti iš dviejų veidrodžių, atspindi šviesą, kad padidintų šviesos ilgį padidėjimo terpėje, taip padidindama šviesos amplifikaciją. Tai suteikia grįžtamojo ryšio mechanizmą lazerio amplifikacijai, pasirenkant šviesos spektrines ir erdvines savybes. | Planarinės plokštelės ertmė: Naudojamas laboratoriniuose tyrimuose, paprasta struktūra.Planinė-konkavų ertmė: Įprasta pramoniniais lazeriais, suteikia aukštos kokybės pluoštus. Žiedinė ertmė: Naudojamas konkrečiuose žiedinių lazerių, tokių kaip žiedinių dujų lazerių, dizainas. |
Priaugimo terpė: kvantinės mechanikos ir optinės inžinerijos ryšys
Kvantinė dinamika padidėjimo terpėje
Gavimo terpė yra ta, kurioje vyksta pagrindinis šviesos amplifikacijos procesas, reiškinys, giliai įsigilinęs į kvantinę mechaniką. Energijos būsenų ir dalelių sąveiką terpėje reglamentuoja stimuliuojamos emisijos ir populiacijos inversijos principai. Kritinis ryšys tarp šviesos intensyvumo (I), pradinio intensyvumo (I0), pereinamojo skerspjūvio (σ21) ir dalelių skaičiai dviejuose energijos lygiuose (N2 ir N1) aprašytas I lygtimi I = I0e^(σ21 (N2-N1) L). Gyventojų inversijos, kurioje N2> N1, pasiekimas yra būtinas amplifikacijai ir yra kertinis lazerio fizikos akmuo [1].
Trijų lygių ir keturių lygių sistemos
Praktiniuose lazerio dizainuose dažniausiai naudojamos trijų ir keturių lygių sistemos. Trijų lygių sistemoms, nors ir paprastesnėms, reikia daugiau energijos, kad būtų pasiekta populiacijos inversija, nes žemesnis lazerio lygis yra pagrindinė būsena. Kita vertus, keturių lygių sistemos siūlo efektyvesnį kelią į gyventojų inversiją dėl greito neradiacinio skilimo, palyginti su aukštesniu energijos lygiu, todėl jie yra labiau paplitę šiuolaikinėse lazerio programose [2].
Is „Erbium-led“ stiklasPriaugimo terpė?
Taip, „Erbium-Doped“ stiklas iš tikrųjų yra tam tikros rūšies padidėjimo terpė, naudojama lazerinėse sistemose. Šiame kontekste „dopingas“ reiškia tam tikro kiekio Erbium jonų (ER³⁺) pridėjimo procesą. „Erbium“ yra retas žemės elementas, kuris, įtrauktas į stiklo pagrindinį kompiuterį, gali efektyviai sustiprinti šviesą per stimuliuojamą emisiją - pagrindinį lazerio operacijos procesą.
Stiklas „Erbium“ ypač pastebimas dėl jo naudojimo pluošto lazeriuose ir pluošto stiprintuvuose, ypač telekomunikacijų pramonėje. Jis puikiai tinka šiems pritaikymams, nes jis efektyviai sustiprina šviesą, esant maždaug 1550 nm bangos ilgiui, o tai yra pagrindinis optinio pluošto ryšių bangos ilgis dėl mažo praradimo standartiniuose silicio dioksido pluoštuose.
ErbiumJonai sugeria siurblio šviesą (dažnai iš aLazerio diodas) ir džiaugiasi aukštesnėmis energijos būsenomis. Grįžę į mažesnę energijos būseną, jie skleidžia fotonus ties lazerio bangos ilgiu, prisidėdami prie lazerio proceso. Tai daro „Erbium“ ir „Glass“ efektyvų ir plačiai naudojamą gavimo terpę įvairiuose lazerio ir stiprintuvo dizainuose.
Susiję tinklaraščiai: Naujienos - „Erbium“ luoštas stiklas: mokslas ir programos
Siurbimo mechanizmai: varomoji jėga už lazerių
Įvairūs požiūriai į gyventojų inversijos pasiekimą
Siurblio mechanizmo pasirinkimas yra pagrindinis lazerio dizainas, darantis įtaką viskam, pradedant efektyvumu ir baigiant išėjimo bangos ilgiu. Optinis siurbimas, naudojant išorinius šviesos šaltinius, tokius kaip blykstės ar kiti lazeriai, yra paplitę kietojo kūno ir dažų lazeriuose. Elektros iškrovos metodai paprastai naudojami dujų lazeriuose, o puslaidininkiniai lazeriai dažnai naudoja elektronų injekciją. Šių siurbimo mechanizmų, ypač diodų siurbtų kietojo kūno lazerių, efektyvumas buvo svarbus naujausių tyrimų dėmesys, siūlantis didesnį efektyvumą ir kompaktiškumą.3].
Techniniai siurbimo efektyvumo aspektai
Siurbimo proceso efektyvumas yra kritinis lazerio projektavimo aspektas, darantis įtaką bendram našumui ir pritaikymo tinkamumui. Kietojo kūno lazeriuose pasirinkimas tarp blyksteles ir lazerinių diodų, kaip siurblio šaltinio, gali turėti didelę įtaką sistemos efektyvumui, šiluminei apkrovai ir pluošto kokybei. Didelės galios, didelio efektyvumo lazerinių diodų kūrimas sukėlė revoliuciją DPSS lazerinių sistemų, leidžiančių kompaktiškesnius ir efektyvesnius dizainus [4].
Optinė ertmė: lazerio pluošto inžinerija
Ertmės dizainas: pusiausvyros fizikos ir inžinerijos aktas
Optinė ertmė arba rezonatorius yra ne tik pasyvus komponentas, bet ir aktyvus lazerio spindulio formavimo dalyvis. Ertmės dizainas, įskaitant veidrodžių kreivumą ir išlyginimą, vaidina lemiamą vaidmenį nustatant lazerio stabilumą, režimo struktūrą ir išėjimą. Ertmė turi būti suprojektuota taip, kad padidintų optinį padidėjimą, tuo pačiu sumažinant nuostolius - iššūkį, kuris derina optinę inžineriją su bangų optika5.
Virpiacijos sąlygos ir režimo pasirinkimas
Kad lazerio virpesiai įvyktų, terpės padidėjimas turi viršyti nuostolius ertmėje. Ši sąlyga kartu su nuoseklios bangos superpozicijos reikalavimu diktuoja, kad palaikomi tik tam tikri išilginiai režimai. Atsisveikimui su režimu ir bendrą režimo struktūrą įtakoja ertmės fizinis ilgis ir stiprinimo terpės lūžio rodiklis [6].
Išvada
Lazerinių sistemų projektavimas ir veikimas apima platų fizikos ir inžinerijos principų spektrą. Nuo kvantinės mechanikos, reglamentuojančios stiprinimo terpę iki sudėtingos optinės ertmės inžinerijos, kiekvienas lazerio sistemos komponentas vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį atliekant bendrą funkcionalumą. Šis straipsnis suteikė žvilgsnį į sudėtingą lazerio technologijos pasaulį, kuriame pateikiamos įžvalgos, kurios atspindi pažangų šios srities profesorių ir optinių inžinierių supratimą.
Nuorodos
- 1. Siegman, AE (1986). Lazeriai. Universiteto mokslo knygos.
- 2. Svelto, O. (2010). Lazerių principai. Springeris.
- 3. Koechner, W. (2006). Kietojo kūno lazerio inžinerija. Springeris.
- 4. Piper, JA ir Mildren, RP (2014). Diodas siurbė kietojo kūno lazerius. Lazerio technologijos ir programų vadove (III tomas). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Lazerio fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Lazerio pagrindai. „Cambridge University Press“.
Pašto laikas: 2012 m. Lapkričio 27 d