Pagrindinis lazerio veikimo principas (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) pagrįstas stimuliuojamos šviesos emisijos reiškiniu. Naudodami daugybę tikslių konstrukcijų ir konstrukcijų, lazeriai sukuria didelio koherentiškumo, monochromatiškumo ir ryškumo spindulius. Lazeriai plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose, įskaitant tokias sritis kaip komunikacija, medicina, gamyba, matavimai ir moksliniai tyrimai. Dėl didelio efektyvumo ir tikslios valdymo charakteristikos jie yra pagrindinė daugelio technologijų sudedamoji dalis. Žemiau pateikiamas išsamus lazerių veikimo principų ir skirtingų lazerių tipų mechanizmų paaiškinimas.
1. Stimuliuota emisija
Stimuliuota emisijayra pagrindinis lazerio generavimo principas, kurį Einšteinas pirmą kartą pasiūlė 1917 m. Šis reiškinys apibūdina, kaip sąveikaujant šviesai ir sužadintos būsenos medžiagai susidaro nuoseklesni fotonai. Norėdami geriau suprasti stimuliuojamą emisiją, pradėkime nuo spontaniškos emisijos:
Spontaniška emisija: Atomuose, molekulėse ar kitose mikroskopinėse dalelėse elektronai gali sugerti išorinę energiją (pvz., elektros ar optinę energiją) ir pereiti į aukštesnį energijos lygį, vadinamą sužadinimo būsena. Tačiau sužadintos būsenos elektronai yra nestabilūs ir ilgainiui po trumpo laiko grįš į žemesnį energijos lygį, vadinamą pagrindine būsena. Šio proceso metu elektronas išskiria fotoną, kuris yra spontaniška 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, kurio energija atitinka jo pereinamąją energiją, fotonas gali paskatinti elektroną grįžti į pradinę būseną, išleisdamas naują fotoną. Naujasis fotonas yra identiškas pradiniam pagal dažnį, fazę ir sklidimo kryptį, todėl gaunama nuosekli šviesa. Šis reiškinys žymiai padidina fotonų skaičių ir energiją ir yra pagrindinis lazerių mechanizmas.
Teigiamas grįžtamasis stimuliuojamos emisijos poveikis: Kuriant lazerius, stimuliuojamos emisijos procesas kartojamas kelis kartus, o šis teigiamas grįžtamojo ryšio efektas gali eksponentiškai padidinti fotonų skaičių. Rezonansinės ertmės pagalba palaikoma fotonų koherencija, nuolat didinamas šviesos pluošto intensyvumas.
2. Įgyti vidutinį
Theįgyti vidutinįyra lazerio pagrindinė medžiaga, kuri lemia fotonų stiprinimą ir lazerio išėjimą. Tai yra fizinis stimuliuojamos emisijos pagrindas, o jo savybės lemia lazerio dažnį, bangos ilgį ir išėjimo galią. Stiprinimo terpės tipas ir savybės tiesiogiai veikia lazerio pritaikymą ir veikimą.
Sužadinimo mechanizmas: Stiprinimo terpėje esantys elektronai turi būti sužadinti iki didesnio energijos lygio išoriniu energijos šaltiniu. Šis procesas dažniausiai pasiekiamas naudojant išorines energijos tiekimo sistemas. Įprasti sužadinimo mechanizmai yra šie:
Elektrinis siurbimas: elektronų sužadinimas stiprinimo terpėje, taikant elektros srovę.
Optinis siurbimas: terpės sužadinimas šviesos šaltiniu (pvz., blykstės lempa ar kitu lazeriu).
Energijos lygių sistema: Elektronai stiprinimo terpėje paprastai pasiskirsto tam tikrais energijos lygiais. Labiausiai paplitę yradviejų lygių sistemosirketurių lygių sistemos. Paprastoje dviejų lygių sistemoje elektronai pereina iš pagrindinės būsenos į sužadinimo būseną, o tada grįžta į pagrindinę būseną per stimuliuojamą emisiją. Keturių lygių sistemoje elektronai patiria sudėtingesnius perėjimus tarp skirtingų energijos lygių, todėl dažnai padidėja efektyvumas.
Gain Media tipai:
Vidutinis dujų padidėjimas: Pavyzdžiui, helio-neono (He-Ne) lazeriai. Dujų stiprinimo terpės yra žinomos dėl stabilios išvesties ir fiksuoto bangos ilgio ir yra plačiai naudojamos kaip standartiniai šviesos šaltiniai laboratorijose.
Skysčio padidėjimo vidutinė: Pavyzdžiui, dažų lazeriai. Dažų molekulės turi geras sužadinimo savybes įvairiuose bangos ilgiuose, todėl jos idealiai tinka derinamiems lazeriams.
Vidutinis stiprinimas: Pavyzdžiui, Nd (neodimiu legiruoto itrio aliuminio granato) lazeriai. Šie lazeriai yra labai efektyvūs ir galingi, plačiai naudojami pramoninio pjovimo, suvirinimo ir medicinos srityse.
Puslaidininkio stiprinimo vidutinis: Pavyzdžiui, galio arsenido (GaAs) medžiagos plačiai naudojamos ryšių ir optoelektroniniuose įrenginiuose, tokiuose kaip lazeriniai diodai.
3. Rezonatoriaus ertmė
Therezonatoriaus ertmėyra struktūrinis lazerio komponentas, naudojamas grįžtamajam ryšiui ir stiprinimui. Pagrindinė jo funkcija yra padidinti fotonų, susidarančių dėl stimuliuojamos emisijos, skaičių, atspindint ir sustiprinant juos ertmės viduje, taip sukuriant stiprią ir sutelktą lazerio išvestį.
Rezonatoriaus ertmės struktūra: Paprastai jis susideda iš dviejų lygiagrečių veidrodžių. Vienas iš jų yra visiškai atspindintis veidrodis, žinomas kaipgalinis veidrodis, o kitas yra iš dalies atspindintis veidrodis, žinomas kaipišvesties veidrodis. Fotonai atsispindi pirmyn ir atgal ertmėje ir yra sustiprinami sąveikaujant su stiprinimo terpe.
Rezonanso būklė: Rezonatoriaus ertmės konstrukcija turi atitikti tam tikras sąlygas, pavyzdžiui, užtikrinti, kad fotonai ertmės viduje sudarytų stovinčias bangas. Tam reikia, kad ertmės ilgis būtų lazerio bangos ilgio kartotinis. Tik šias sąlygas atitinkančios šviesos bangos gali būti efektyviai sustiprintos ertmės viduje.
Išvesties spindulys: Dalinai atspindintis veidrodis leidžia pro dalį sustiprintos šviesos spindulio praeiti, sudarydamas lazerio išėjimo spindulį. Šis pluoštas pasižymi dideliu kryptingumu, nuoseklumu ir monochromatiškumu.
Jei norite sužinoti daugiau ar domitės lazeriais, nedvejodami susisiekite su mumis:
Lumispotas
Adresas: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kinija
Tel.: + 86-0510 87381808.
Mobilus: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Svetainė: www.lumispot-tech.com
Paskelbimo laikas: 2024-09-18