Prenumeruokite mūsų socialinius tinklus, kad gautumėte skubius įrašus
Lazeriai, šiuolaikinių technologijų kertinis akmuo, yra ne tik sudėtingi, bet ir žavūs. Jų širdyje slypi darniai veikiančių komponentų simfonija, kuria siekiama sukurti koherentinę, sustiprintą šviesą. Šiame tinklaraštyje, remiantis moksliniais principais ir lygtimis, gilinamasi į šių komponentų subtilybes, siekiant geriau suprasti lazerių technologiją.
Išplėstinės įžvalgos apie lazerinių sistemų komponentus: techninė perspektyva profesionalams
| Komponentas | Funkcija | Pavyzdžiai |
| Vidutinis pelnas | Stiprinimo terpė yra lazerio medžiaga, naudojama šviesai stiprinti. Ji palengvina šviesos stiprinimą populiacijos inversijos ir stimuliuojamos emisijos būdu. Stiprinimo terpės pasirinkimas lemia lazerio spinduliuotės charakteristikas. | Kietojo kūno lazeriaipvz., Nd:YAG (neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas), naudojamas medicinos ir pramonės reikmėms.Dujų lazeriaipvz., CO2 lazeriai, naudojami pjovimui ir suvirinimui.Puslaidininkiniai lazeriai:pvz., lazeriniai diodai, naudojami šviesolaidiniame ryšyje ir lazeriniuose rodyklėse. |
| Siurbimo šaltinis | Siurbimo šaltinis tiekia energiją stiprinimo terpei, kad būtų pasiekta populiacijos inversija (populiacijos inversijos energijos šaltinis), įgalinanti lazerio veikimą. | Optinis pumpavimasNaudojant intensyvius šviesos šaltinius, tokius kaip blykstės, kietojo kūno lazeriams kaupinti.Elektrinis siurbimasDujų sužadinimas dujų lazeriuose elektros srove.Puslaidininkių siurbimasKietojo kūno lazerio terpės pumpavimas lazeriniais diodais. |
| Optinė ertmė | Optinė ertmė, sudaryta iš dviejų veidrodžių, atspindi šviesą, kad padidėtų šviesos kelio ilgis stiprinimo terpėje ir taip padidėtų šviesos stiprinimas. Ji suteikia grįžtamojo ryšio mechanizmą lazeriniam stiprinimui, parinkdama šviesos spektrines ir erdvines charakteristikas. | Plokštuminė ertmėNaudojamas laboratoriniuose tyrimuose, paprastos struktūros.Plokščioji-įgaubta ertmėĮprastas pramoniniuose lazeriuose, užtikrina aukštos kokybės spindulius. Žiedo ertmėNaudojamas specifinėse žiedinių lazerių konstrukcijose, pavyzdžiui, žiediniuose dujų lazeriuose. |
Stiprinimo terpė: kvantinės mechanikos ir optinės inžinerijos sąsaja
Kvantinė dinamika stiprinimo terpėje
Stiprinimo terpėje vyksta pagrindinis šviesos stiprinimo procesas – reiškinys, giliai įsišaknijęs kvantinėje mechanikoje. Energijos būsenų ir dalelių sąveiką terpėje lemia stimuliuojamos emisijos ir populiacijos inversijos principai. Kritinis ryšys tarp šviesos intensyvumo (I), pradinio intensyvumo (I0), perėjimo skerspjūvio (σ21) ir dalelių skaičiaus dviejuose energijos lygmenyse (N2 ir N1) aprašomas lygtimi I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Populiacijos inversijos, kur N2 > N1, pasiekimas yra būtinas stiprinimui ir yra lazerių fizikos kertinis akmuo.1].
Trijų ir keturių lygių sistemos
Praktiniuose lazerių projektuose dažniausiai naudojamos trijų ir keturių lygių sistemos. Trijų lygių sistemos, nors ir paprastesnės, reikalauja daugiau energijos populiacijos inversijai pasiekti, nes žemesnis lazerio lygis yra pagrindinė būsena. Kita vertus, keturių lygių sistemos siūlo efektyvesnį populiacijos inversijos būdą dėl greito nespinduliuojančio slopinimo nuo aukštesnio energijos lygio, todėl jos labiau paplitusios šiuolaikiniuose lazerių taikymuose.2].
Is Erbiu legiruotas stiklaspelno didinimo priemonė?
Taip, erbiu legiruotas stiklas iš tiesų yra lazerinėse sistemose naudojama stiprinimo terpė. Šiame kontekste „legiravimas“ reiškia tam tikro kiekio erbio jonų (Er³⁺) pridėjimo prie stiklo procesą. Erbis yra retųjų žemių elementas, kuris, įterptas į stiklinę medžiagą, gali efektyviai sustiprinti šviesą stimuliuojamos emisijos būdu – tai esminis lazerio veikimo procesas.
Erbiu legiruotas stiklas ypač žinomas dėl savo naudojimo šviesolaidiniuose lazeriuose ir šviesolaidiniuose stiprintuvuose, ypač telekomunikacijų pramonėje. Jis puikiai tinka šioms reikmėms, nes efektyviai stiprina šviesą, kurios bangos ilgis yra apie 1550 nm, o tai yra pagrindinis bangos ilgis optinių skaidulų ryšiui dėl mažų nuostolių standartiniuose silicio dioksido pluoštuose.
Theerbisjonai sugeria siurblio šviesą (dažnai išlazerinis diodas) ir yra sužadinami iki aukštesnės energijos būsenų. Grįžę į žemesnės energijos būseną, jie skleidžia fotonus lazerio bangos ilgiu, prisidėdami prie lazerio proceso. Dėl to erbiu legiruotas stiklas yra efektyvi ir plačiai naudojama stiprinimo terpė įvairiuose lazerių ir stiprintuvų projektuose.
Susiję tinklaraščiai: Naujienos – Erbiu legiruotas stiklas: mokslas ir taikymas
Siurbimo mechanizmai: lazerių varomoji jėga
Įvairūs požiūriai į populiacijos inversiją
Lazerio konstrukcijoje labai svarbus pumpavimo mechanizmo pasirinkimas, darantis įtaką viskam – nuo efektyvumo iki išėjimo bangos ilgio. Optinis pumpavimas, naudojant išorinius šviesos šaltinius, tokius kaip blykstės lempos ar kiti lazeriai, yra įprastas kietojo kūno ir dažų lazeriuose. Elektros išlydžio metodai paprastai naudojami dujų lazeriuose, o puslaidininkiniuose lazeriuose dažnai naudojama elektronų injekcija. Šių pumpavimo mechanizmų, ypač diodų pumpuojamų kietojo kūno lazerių, efektyvumas buvo svarbus pastarųjų tyrimų objektas, nes jis pasižymi didesniu efektyvumu ir kompaktiškumu.3].
Techniniai siurbimo efektyvumo aspektai
Siurbimo proceso efektyvumas yra labai svarbus lazerio konstrukcijos aspektas, turintis įtakos bendram našumui ir tinkamumui naudoti. Kietojo kūno lazeriuose pasirinkimas tarp blykstės lempų ir lazerinių diodų kaip siurblio šaltinio gali smarkiai paveikti sistemos efektyvumą, šiluminę apkrovą ir spindulio kokybę. Didelės galios, didelio efektyvumo lazerinių diodų sukūrimas sukėlė revoliuciją DPSS lazerių sistemose, leisdamas sukurti kompaktiškesnius ir efektyvesnius dizainus.4].
Optinė ertmė: lazerio spindulio inžinerija
Ertmės projektavimas: fizikos ir inžinerijos pusiausvyros aktas
Optinė ertmė arba rezonatorius yra ne tik pasyvus komponentas, bet ir aktyvus lazerio spindulio formavimo dalyvis. Ertmės konstrukcija, įskaitant veidrodžių išlinkį ir išlyginimą, vaidina lemiamą vaidmenį nustatant lazerio stabilumą, režimo struktūrą ir galią. Ertmė turi būti suprojektuota taip, kad padidintų optinį stiprinimą, kartu sumažinant nuostolius – tai iššūkis, jungiantis optinę inžineriją su bangų optika.5.
Osciliacijos sąlygos ir režimo pasirinkimas
Kad įvyktų lazerio osciliacija, terpės teikiamas stiprinimas turi viršyti ertmės nuostolius. Ši sąlyga, kartu su koherentinės bangos superpozicijos reikalavimu, lemia, kad palaikomos tik tam tikros išilginės modos. Modų atstumą ir bendrą modų 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, valdančios stiprinimo terpę, iki sudėtingos optinės rezonatoriaus inžinerijos, kiekvienas lazerinės sistemos komponentas atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį jos bendrame funkcionalume. Šis straipsnis suteikė galimybę pažvelgti į sudėtingą lazerių technologijų pasaulį, pateikdamas įžvalgų, kurios atspindi pažangias šios srities profesorių ir optikos inžinierių žinias.
Nuorodos
- 1. Siegman, AE (1986). Lazeriai. Universiteto mokslo knygos.
- 2. Svelto, O. (2010). Lazerių principai. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Kietojo kūno lazerių inžinerija. Springer.
- 4. Piper, JA ir Mildren, RP (2014). Diodų kaupinami kietojo kūno lazeriai. Leidinyje „Lazerinių technologijų ir taikymų vadovas“ (III tomas). CRC Press.
- 5. Milonni, PW ir Eberly, JH (2010). Lazerių fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Lazerių pagrindai. Kembridžo universiteto leidykla.
Įrašo laikas: 2023 m. lapkričio 27 d.