Pagrindinis lazerio veikimo principas (šviesos stiprinimas stimuliuojama spinduliuote) yra pagrįstas stimuliuojamos šviesos emisijos reiškiniu. Dėl tikslių konstrukcijų ir konstrukcijų serijos lazeriai generuoja didelės koherencijos, monochromatinio ir ryškumo spindulius. Lazeriai plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose, įskaitant tokias sritis kaip komunikacija, medicina, gamyba, matavimas ir moksliniai tyrimai. Dėl didelio efektyvumo ir tikslių valdymo savybių jie yra daugelio technologijų pagrindinis komponentas. Žemiau pateikiamas išsamus lazerių veikimo principų ir skirtingų tipų lazerių mechanizmų paaiškinimas.
1. Stimuliuota emisija
Stimuliuota emisijayra pagrindinis lazerio generavimo principas, kurį pirmą kartą 1917 m. pasiūlė Einšteinas. Šis reiškinys apibūdina, kaip sąveikaujant šviesai ir sužadintosios būsenos medžiagai susidaro koherentiškesni fotonai. Norėdami geriau suprasti stimuliuojamąją emisiją, pradėkime nuo savaiminės emisijos:
Spontaninė emisijaAtomuose, molekulėse ar kitose mikroskopinėse dalelėse elektronai gali sugerti išorinę energiją (pvz., elektros ar optinę energiją) ir pereiti į aukštesnį energijos lygį, vadinamą sužadintąja būsena. Tačiau sužadintos būsenos elektronai yra nestabilūs ir po trumpo laiko grįžta į žemesnį energijos lygį, vadinamą pagrindine būsena. Šio proceso metu elektronas išskiria fotoną, kuris yra savaiminė emisija. Tokie fotonai yra atsitiktiniai dažnio, fazės ir krypties atžvilgiu, todėl jiems trūksta koherencijos.
Stimuliuota emisijaStimuliuotos emisijos esmė yra ta, kad sužadintoje būsenoje esančiam elektronui susidūrus su fotonu, kurio energija atitinka jo pereinamąją energiją, šis fotonas gali paskatinti elektroną grįžti į pagrindinę būseną, tuo pačiu išskirdamas naują fotoną. Naujasis fotonas yra identiškas pradiniam fotonui dažnio, fazės ir sklidimo krypties atžvilgiu, todėl susidaro koherentinė šviesa. Šis reiškinys žymiai padidina fotonų skaičių ir energiją ir yra pagrindinis lazerių veikimo mechanizmas.
Teigiamas stimuliuojamos emisijos grįžtamasis ryšysProjektuojant lazerius, stimuliuojamos emisijos procesas kartojamas daug kartų, ir šis teigiamas grįžtamasis ryšys gali eksponentiškai padidinti fotonų skaičių. Rezonansinės ertmės pagalba išlaikoma fotonų koherencija, o šviesos spindulio intensyvumas nuolat didinamas.
2. Įgykite vidutinį lygį
Theįgyti vidutinįyra lazerio pagrindinė medžiaga, kuri lemia fotonų stiprinimą ir lazerio išvestį. Tai yra fizikinis stimuliuojamos emisijos pagrindas, o jos savybės lemia lazerio dažnį, bangos ilgį ir išėjimo galią. Stiprinimo terpės tipas ir charakteristikos tiesiogiai veikia lazerio taikymą ir veikimą.
Sužadinimo mechanizmasStiprinimo terpėje esančius elektronus reikia sužadinti iki aukštesnio energijos lygio naudojant išorinį energijos šaltinį. Šis procesas paprastai atliekamas naudojant išorines energijos tiekimo sistemas. Įprasti sužadinimo mechanizmai:
Elektrinis siurbimasSužadinant elektronus stiprinimo terpėje, naudojant elektros srovę.
Optinis pumpavimasSužadinti terpę šviesos šaltiniu (pvz., blykste ar kitu lazeriu).
Energijos lygių sistemaStiprinimo terpėje esantys elektronai paprastai pasiskirsto tam tikruose energijos lygmenyse. Dažniausiai pasitaikodviejų lygių sistemosirketurių lygių sistemosPaprastoje dviejų lygių sistemoje elektronai pereina iš pagrindinės būsenos į sužadintą būseną, o tada grįžta į pagrindinę būseną stimuliuojamosios emisijos būdu. Keturių lygių sistemoje elektronai patiria sudėtingesnius perėjimus tarp skirtingų energijos lygmenų, todėl dažnai padidėja efektyvumas.
Stiprinimo laikmenų tipai:
Dujų prieaugis vidutinisPavyzdžiui, helio-neono (He-Ne) lazeriai. Dujų stiprinimo terpės yra žinomos dėl savo stabilaus išėjimo ir fiksuoto bangos ilgio, todėl laboratorijose yra plačiai naudojamos kaip standartiniai šviesos šaltiniai.
Skysčio kiekio didinimo terpėPavyzdžiui, dažų lazeriai. Dažų molekulės pasižymi geromis sužadinimo savybėmis esant skirtingiems bangos ilgiams, todėl jos idealiai tinka derinamiesiems lazeriams.
Vidutinis kietas stiprinimasPavyzdžiui, Nd (neodimiu legiruoto itrio aliuminio granato) lazeriai. Šie lazeriai yra labai efektyvūs ir galingi, plačiai naudojami pramoniniame pjovime, suvirinime ir medicinos reikmėms.
Puslaidininkių stiprinimo terpėPavyzdžiui, galio arsenido (GaAs) medžiagos plačiai naudojamos ryšių ir optoelektronikos įrenginiuose, tokiuose kaip lazeriniai diodai.
3. Rezonatoriaus ertmė
Therezonatoriaus ertmėyra lazerio, naudojamo grįžtamajam ryšiui ir stiprinimui, struktūrinis komponentas. Jo pagrindinė funkcija – padidinti stimuliuojamos emisijos metu susidarančių fotonų skaičių, juos atspindint ir stiprinant ertmės viduje, taip sukuriant stiprų ir sufokusuotą lazerio spinduliavimą.
Rezonatoriaus ertmės struktūraPaprastai jį sudaro du lygiagretūs veidrodžiai. Vienas yra visiškai atspindintis veidrodis, vadinamasgalinis veidrodėlis, o kitas yra iš dalies atspindintis veidrodis, žinomas kaipišvesties veidrodisFotonai ertmės viduje atsispindi pirmyn ir atgal ir yra sustiprinami sąveikaudami su stiprinimo terpe.
Rezonanso būsenaRezonatoriaus 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 spindulysIš dalies atspindintis veidrodis praleidžia dalį sustiprinto šviesos spindulio, suformuodamas lazerio išėjimo spindulį. Šis spindulys pasižymi didele kryptingumu, koherencija ir monochromatiškumu..
Jei norite sužinoti daugiau arba domitės lazeriais, susisiekite su mumis:
Lumispot
Adresas: 4 pastatas, Nr. 99 Furong 3-iasis kelias, Xishan rajonas, Wuxi, 214000, Kinija
Tel.: + 86-0510 87381808.
Mobilusis: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Svetainė: www.lumispot-tech.com
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 18 d.