Pagrindinis lazerio veikimo principas (šviesos amplifikacija stimuliuojama spinduliuotė) yra pagrįstas stimuliuojamos šviesos emisijos reiškiniu. Per daugybę tikslių dizainų ir konstrukcijų lazeriai generuoja pluoštus, turinčius didelę darną, monochromatiškumą ir ryškumą. Lazeriai yra plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose, įskaitant tokiose srityse kaip komunikacija, medicina, gamyba, matavimas ir moksliniai tyrimai. Dėl didelio efektyvumo ir tikslių kontrolės charakteristikų jie yra pagrindinis daugelio technologijų komponentas. Žemiau yra išsamus lazerių darbo principų ir įvairių tipų lazerių mechanizmų paaiškinimas.
1. Skatinama emisija
Stimuliuota emisijayra pagrindinis lazerio kartos principas, kurį pirmą kartą pasiūlė Einšteinas 1917 m. Šis reiškinys apibūdina, kaip daugiau koherentinių fotonų sukuriami per šviesos ir sužadintos būsenos medžiagos sąveiką. Norėdami geriau suprasti stimuliuotą emisiją, pradėkime nuo spontaniškos emisijos:
Spontaniška emisija: Atomuose, molekulėse ar kitose mikroskopinėse dalelėse elektronai gali absorbuoti išorinę energiją (pvz., Elektrinę ar optinę energiją) ir perėjimą į aukštesnį energijos lygį, žinomą kaip sužadintos būsenos. Tačiau sužadinimo būsenos elektronai yra nestabilūs ir po trumpo laikotarpio galų gale grįš į mažesnį energijos lygį, žinomą kaip antžeminė būsena. Šio proceso metu elektronas išskiria fotoną, kuris yra spontaniškas emisija. Tokie fotonai yra atsitiktiniai pagal dažnį, fazę ir kryptį, todėl jiems trūksta darnos.
Stimuliuota emisija: Stimuliuojamos emisijos raktas yra tas, kad kai sužadintos būsenos elektronas susiduria su fotonu su energija, atitinkančia jo pereinamąją energiją, fotonas gali paskatinti elektroną grįžti į žemės būseną, išleisdamas naują fotoną. Naujasis fotonas yra identiškas pradiniam dažnio, fazės ir sklidimo krypčiai, todėl atsiranda nuosekli šviesa. Šis reiškinys žymiai sustiprina fotonų skaičių ir energiją ir yra pagrindinis lazerių mechanizmas.
Teigiamas grįžtamasis ryšys stimuliuojamos emisijos poveikis: Projektuojant lazerius, stimuliuojamas emisijos procesas kartojamas kelis kartus, o šis teigiamas grįžtamojo ryšio efektas gali eksponentiškai padidinti fotonų skaičių. Naudojant rezonansinę ertmę, išlaikomas fotonų darna, o šviesos pluošto intensyvumas nuolat didėja.
2. Gaukite terpę
įgyti terpęyra pagrindinė lazerio medžiaga, kuri nustato fotonų ir lazerio išėjimo amplifikaciją. Tai yra fizinis stimuliuojamos emisijos pagrindas, o jo savybės lemia lazerio dažnį, bangos ilgį ir išėjimo galią. Pagrindinio terpės tipas ir charakteristikos tiesiogiai veikia lazerio taikymą ir našumą.
Sužadinimo mechanizmas: Elektronams, esantiems stiprinimo terpėje, reikia sujaudinti išorinį energijos šaltinį aukštesnį energijos lygį. Šį procesą paprastai pasiekia išorinės energijos tiekimo sistemos. Įprasti sužadinimo mechanizmai apima:
Elektrinis siurbimas: Įspūdingi elektronai padidėjimo terpėje, naudojant elektros srovę.
Optinis siurbimas: Įspūdinga terpė su šviesos šaltiniu (pvz., „Flash“ lempute ar kitu lazeriu).
Energijos lygių sistema: Elektronai padidėjimo terpėje paprastai pasiskirsto konkrečiame energijos lygyje. Dažniausiai yraDviejų lygių sistemosirKeturių lygių sistemos. Paprastoje dviejų lygių sistemoje elektronai pereina iš pagrindinės būsenos į sužadintą būseną ir tada per stimuliuojamą emisiją grįžta į pagrindinę būseną. Keturių lygių sistemoje elektronai patiria sudėtingesnius perėjimus tarp skirtingų energijos lygių, todėl dažnai padidėja efektyvumas.
Žiniasklaidos rūšys:
Dujų padidėjimo terpė: Pavyzdžiui, helium-neon (he-ne) lazeriai. Dujų stiprinimo terpės yra žinomos dėl stabilios išėjimo ir fiksuoto bangos ilgio ir yra plačiai naudojamos kaip standartiniai šviesos šaltiniai laboratorijose.
Skysčio stiprinimo terpė: Pavyzdžiui, dažų lazeriai. Dažų molekulės pasižymi geromis sužadinimo savybėmis skirtinguose bangos ilgiuose, todėl jos yra idealios suderinamoms lazeriams.
Kietas stiprinimo terpė: Pavyzdžiui, ND (neodimio lazeriu pavidalo aluminio granatai) lazeriai. Šie lazeriai yra labai efektyvūs ir galingi ir yra plačiai naudojami pramoniniame pjaustyme, suvirinimo ir medicininėse programose.
Puslaidininkių padidėjimo terpė: Pavyzdžiui, „Gallium Arsenide“ (GAAS) medžiagos yra plačiai naudojamos ryšiuose ir optoelektroniniuose prietaisuose, tokiuose kaip lazeriniai diodai.
3. Resonatoriaus ertmė
rezonatoriaus ertmėyra lazerio struktūrinis komponentas, naudojamas grįžtamojo ryšio ir amplifikacijai. Pagrindinė jo funkcija yra sustiprinti fotonų, susidarančių per stimuliuojamą emisiją, skaičių, atspindėdamas ir sustiprinant juos ertmės viduje, taip sukuriant stiprią ir fokusuotą lazerio išėjimą.
Rezonatoriaus ertmės struktūra: Paprastai tai susideda iš dviejų lygiagrečių veidrodžių. Vienas yra visiškai atspindintis veidrodis, žinomas kaipGalinis veidrodis, o kitas yra iš dalies atspindintis veidrodis, žinomas kaipišvesties veidrodis. Fotonai atspindi pirmyn ir atgal ertmėje ir sustiprinami sąveikaudami su stiprinimo terpe.
Rezonanso sąlyga: Resonatoriaus ertmės dizainas turi atitikti tam tikras sąlygas, pavyzdžiui, užtikrinti, kad fotonai sudarytų stovinčias bangas ertmės viduje. Tam reikia, kad ertmės ilgis būtų lazerio bangos ilgio kartotinis. Tik šviesos bangos, kurios atitinka šias sąlygas, gali būti veiksmingai sustiprintos ertmės viduje.
Išėjimo pluoštas: Iš dalies atspindintis veidrodis leidžia praeiti per amplifikuotos šviesos pluoštą, sudarydamas lazerio išėjimo pluoštą. Šis pluoštas turi aukštą kryptingumą, darną ir monochromatiškumą.
Jei norite sužinoti daugiau arba jus domina lazeriai, nedvejodami susisiekite su mumis:
LUMISPOT
Adresas: 4 pastatas #, Nr.99 Furong 3 -asis kelias, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kinija
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobilus: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Svetainė: www.lumispot-tech.com
Pašto laikas: 2012 m. Rugsėjo 18 d