Prenumeruokite mūsų socialinę žiniasklaidą, kad gautumėte greitus įrašus
Lazeriai, šiuolaikinių technologijų kertinis akmuo, yra tiek žavūs, tiek sudėtingi. Jų širdyje slypi komponentų, veikiančių vieningai, kad sukurtų nuoseklią, sustiprintą šviesą, simfonija. Šiame tinklaraštyje gilinamasi į šių komponentų sudėtingumą, paremtą moksliniais principais ir lygtimis, kad būtų galima geriau suprasti lazerių technologiją.
Išplėstinės įžvalgos apie lazerinės sistemos komponentus: techninė perspektyva profesionalams
| Komponentas | Funkcija | Pavyzdžiai |
| Įgyti vidutinį | Stiprinimo terpė yra medžiaga lazeryje, naudojama šviesai stiprinti. Tai palengvina šviesos stiprinimą per populiacijos inversijos ir stimuliuojamos emisijos procesą. Stiprinimo terpės pasirinkimas lemia lazerio spinduliavimo charakteristikas. | Kietojo kūno lazeriai: pvz., Nd:YAG (neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas), naudojamas medicinoje ir pramonėje.Dujų lazeriai: pvz., CO2 lazeriai, naudojami pjovimui ir suvirinimui.Puslaidininkiniai lazeriai:pvz., lazeriniai diodai, naudojami šviesolaidiniame ryšyje ir lazerinėse rodyklėse. |
| Siurbimo šaltinis | Siurbimo šaltinis tiekia energiją stiprinimo terpei, kad būtų pasiekta populiacijos inversija (energijos šaltinis gyventojų inversijai), leidžianti veikti lazeriu. | Optinis siurbimas: intensyvių šviesos šaltinių, tokių kaip blykstės, naudojimas kietojo kūno lazeriams pumpuoti.Elektrinis siurbimas: Dujų sužadinimas dujų lazeriuose elektros srove.Puslaidininkinis siurbimas: lazerinių diodų naudojimas kietojo kūno lazerio terpei siurbti. |
| Optinė ertmė | Optinė ertmė, susidedanti iš dviejų veidrodžių, atspindi šviesą, kad padidintų šviesos kelio ilgį stiprinimo terpėje, taip padidindama šviesos stiprinimą. Tai suteikia grįžtamojo ryšio mechanizmą lazeriniam stiprinimui, pasirenkant spektrines ir erdvines šviesos charakteristikas. | Plokštuminė-plokštuminė ertmė: Naudojamas laboratoriniuose tyrimuose, paprastos struktūros.Plokštuminė-įgaubta ertmė: Dažnas pramoniniuose lazeriuose, suteikia aukštos kokybės spindulius. Žiedo ertmė: Naudojamas specifinio dizaino žiediniams lazeriams, pvz., žiediniams dujiniams lazeriams. |
Gain Medium: kvantinės mechanikos ir optinės inžinerijos ryšys
Kvantinė dinamika stiprinimo terpėje
Stiprinimo terpė yra ta vieta, kur vyksta pagrindinis šviesos stiprinimo procesas – reiškinys, giliai įsišaknijęs kvantinėje mechanikoje. Sąveika tarp energijos būsenų ir dalelių terpėje yra reguliuojama skatinamos emisijos ir populiacijos inversijos principais. Kritinis ryšys tarp šviesos intensyvumo (I), pradinio intensyvumo (I0), pereinamojo skerspjūvio (σ21) ir dalelių skaičiaus dviejuose energijos lygiuose (N2 ir N1) apibūdinamas lygtimi I = I0e^ (σ21(N2-N1)L). Populiacijos inversijos, kai N2 > N1, pasiekimas yra būtinas stiprinimui ir yra kertinis lazerio fizikos akmuo.1].
Trijų lygių ir keturių lygių sistemos
Praktiniuose lazeriniuose projektuose dažniausiai naudojamos trijų ir keturių lygių sistemos. Trijų lygių sistemos, nors ir paprastesnės, reikalauja daugiau energijos, kad pasiektų populiacijos inversiją, nes žemesnis lazerio lygis yra pagrindinė būsena. Kita vertus, keturių lygių sistemos siūlo veiksmingesnį gyventojų inversijos kelią dėl greito neradiacinio skilimo nuo aukštesnio energijos lygio, todėl jos yra labiau paplitusios šiuolaikinėse lazerių programose.2].
Is Erbiu legiruotas stiklaspelno terpė?
Taip, erbiu legiruotas stiklas iš tiesų yra stiprinimo terpės rūšis, naudojama lazerinėse sistemose. Šiame kontekste „dopingas“ reiškia tam tikro kiekio erbio jonų (Er³⁺) įpylimo į stiklą procesą. Erbis yra retųjų žemių elementas, kuris, įtrauktas į stiklinį pagrindą, gali veiksmingai sustiprinti šviesą per stimuliuojamą spinduliavimą, kuris yra pagrindinis lazerio veikimo procesas.
Erbiu legiruotas stiklas ypač pastebimas dėl jo naudojimo šviesolaidiniuose lazeriuose ir skaiduliniuose stiprintuvuose, ypač telekomunikacijų pramonėje. Jis puikiai tinka šioms reikmėms, nes efektyviai sustiprina šviesą, kai bangos ilgis yra maždaug 1550 nm, o tai yra pagrindinis optinio pluošto ryšio bangos ilgis dėl mažo standartinių silicio skaidulų praradimo.
Theerbisjonai sugeria siurblio šviesą (dažnai iš alazerinis diodas) ir yra sužadinti didesnės energijos būsenos. Kai jie grįžta į žemesnės energijos būseną, jie skleidžia fotonus lazerio bangos ilgiu, prisidedant prie lazerio proceso. Dėl to erbiu legiruotas stiklas yra veiksminga ir plačiai naudojama stiprinimo terpė įvairiose lazerių ir stiprintuvų konstrukcijose.
Susiję tinklaraščiai: Naujienos – Erbiu legiruotas stiklas: mokslas ir taikymas
Siurbimo mechanizmai: lazerių varomoji jėga
Įvairūs požiūriai į gyventojų inversiją
Siurbimo mechanizmo pasirinkimas yra labai svarbus lazerio konstrukcijoje, įtakojantis viską nuo efektyvumo iki išėjimo bangos ilgio. Optinis siurbimas, naudojant išorinius šviesos šaltinius, tokius kaip blykstės ar kiti lazeriai, yra įprastas kietojo kūno ir dažų lazeriuose. Elektros iškrovos metodai paprastai naudojami dujų lazeriuose, o puslaidininkiniuose lazeriuose dažnai naudojamas elektronų įpurškimas. Šių siurbimo mechanizmų efektyvumas, ypač diodu siurbiamuose kietojo kūno lazeriuose, buvo didelis naujausių tyrimų akcentas, pasižymintis didesniu efektyvumu ir kompaktiškumu[3].
Siurbimo efektyvumo techniniai aspektai
Siurbimo proceso efektyvumas yra esminis lazerio dizaino aspektas, turintis įtakos bendram našumui ir pritaikymui. Kietojo kūno lazeriuose pasirinkimas tarp blykstės ir lazerinių diodų kaip siurblio šaltinio gali labai paveikti sistemos efektyvumą, šiluminę apkrovą ir spindulio kokybę. Didelės galios, didelio efektyvumo lazerinių diodų kūrimas sukėlė revoliuciją DPSS lazerinėse sistemose, leidžiančiose sukurti kompaktiškesnius ir efektyvesnius dizainus[4].
Optinė ertmė: lazerio spindulio kūrimas
Ertmės dizainas: fizikos ir inžinerijos balansavimo 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 išvestį. Ertmė turi būti suprojektuota taip, kad padidintų optinį stiprinimą ir sumažintų nuostolius – tai iššūkis, kuriame optinė inžinerija derinama su bangų optika.5.
Virpesių sąlygos ir režimo pasirinkimas
Kad atsirastų lazerio virpesiai, terpės teikiamas stiprinimas turi viršyti nuostolius ertmėje. Ši sąlyga, kartu su nuoseklios bangos superpozicijos reikalavimu, lemia, kad palaikomi tik tam tikri išilginiai režimai. Režimų atstumą 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, valdančios stiprinimo terpę, iki sudėtingos optinės ertmės inžinerijos, kiekvienas lazerinės sistemos komponentas atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį bendrame jos funkcionalime. Šis straipsnis suteikė žvilgsnį į sudėtingą lazerinių technologijų pasaulį ir pateikia įžvalgų, kurios atitinka pažangų šios srities profesorių ir optinių inžinierių supratimą.
Nuorodos
- 1. Siegman, AE (1986). Lazeriai. Universiteto mokslo knygos.
- 2. Svelto, O. (2010). Lazerių veikimo principai. Springeris.
- 3. Koechner, W. (2006). Kietojo kūno lazerių inžinerija. Springeris.
- 4. Piper, JA ir Mildren, RP (2014). Diodiniai siurbliniai kietojo kūno lazeriai. Lazerinių technologijų ir programų vadove (III tomas). CRC spauda.
- 5. Milonni, PW ir Eberly, JH (2010). Lazerinė fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Lazerio pagrindai. Kembridžo universiteto leidykla.
Paskelbimo laikas: 2023-11-27