Tilaa sosiaalinen media nopeaksi viestille
Laserit, modernin tekniikan kulmakivi, ovat yhtä kiehtovia kuin ne ovat monimutkaisia. Heidän sydämessään on sinfonia komponenteista, jotka työskentelevät yhdessä johdonmukaisen, monistetun valon tuottamiseksi. Tämä blogi perustuu näiden komponenttien monimutkaisuuksiin, joita tukevat tieteelliset periaatteet ja yhtälöt, antaakseen syvemmän käsityksen lasertekniikasta.
Edistyneet näkemykset laserjärjestelmän komponenteista: tekninen näkökulma ammattilaisille
| Komponentti | Funktio | Esimerkit |
| Voittoväline | Vahvistusväliaine on laserin materiaali, jota käytetään valon vahvistamiseen. Se helpottaa kevyttä monistumista populaation inversioprosessin ja stimuloidun päästöjen kautta. Vahvistusväliaineen valinta määrittää laserin säteilyominaisuudet. | Kiinteän valtion laserit: esim. Nd: YAG (neodyymi-seostettu yttrium-alumiinigranaatti), jota käytetään lääketieteellisissä ja teollisissa sovelluksissa.Kaasulaserit: esim. CO2 -laserit, joita käytetään leikkaamiseen ja hitsaukseen.Puolijohdelaserit:esim. Laser -diodit, joita käytetään kuituoptiikkaviestinnässä ja laserosoittimissa. |
| Pumppauslähde | Pumppauslähde tarjoaa energiaa HAM -väliaineelle populaation inversion saavuttamiseksi (populaation inversion energialähde), mikä mahdollistaa laserkäytön. | Optinen pumppaus: Käyttämällä voimakkaita valonlähteitä, kuten flashLamppeja, pumppaamaan kiinteiden tilan lasereita.Sähköpumppu: Kiinnosta kaasulaserien kaasua sähkövirran läpi.Puolijohdepumppu: Laser-diodien käyttäminen solid-state-laserväliaineen pumppaamiseen. |
| Optinen ontelo | Kahdesta peilistä koostuva optinen onkalo heijastaa valoa valon polun pituuden lisäämiseksi vahvistusväliaineessa, mikä parantaa valon monistumista. Se tarjoaa palautemekanismin lasermuodostukseen, valon spektri- ja alueellisten ominaisuuksien valitsemiseksi. | Tasomuoto-onkalo: Käytetään laboratoriotutkimuksessa, yksinkertainen rakenne.Tasomainen ontelo: Yleinen teollisuuslasereissa tarjoaa korkealaatuisia säteitä. Ontelo: Käytetään rengaslaserien tietyissä malleissa, kuten rengaskaasulasereissa. |
Vahvistusväliaine: kvanttimekaniikan ja optisen tekniikan yhteys
Kvantidynamiikka vahvistusväliaineessa
Vahvistusväliaine on siellä, missä tapahtuu kevyen monistumisen perusprosessi, joka on syvästi juurtunut kvanttimekaniikkaan. Väliaineen energiatilojen ja hiukkasten välistä vuorovaikutusta säätelevät stimuloidun päästöjen ja populaation inversion periaatteet. Kriittinen suhde valon voimakkuuden (I), alkuperäisen voimakkuuden (I0), siirtymäpoikkileikkauksen (σ21) ja hiukkasten lukumäärän ja kahden energian tasolla (N2 ja N1) välillä kuvataan yhtälö I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). Populaation inversio, jossa N2> N1, on välttämätöntä monistamisen kannalta ja on laserfysiikan kulmakivi [1].
Kolmen tason vs. nelitasoinen järjestelmät
Käytännöllisissä lasermallissa käytetään yleisesti kolmen tason ja nelitasoisia järjestelmiä. Kolmen tason järjestelmät, vaikka ne ovat yksinkertaisempia, vaativat enemmän energiaa populaation inversion saavuttamiseksi, koska alempi lasertaso on perustila. Nelitason järjestelmät puolestaan tarjoavat tehokkaamman reitin väestön inversioon johtuen nopeasta ei-säteilystä rappeutumisesta korkeammalta energiatasolta, mikä tekee niistä yleisempiä nykyaikaisissa lasersovelluksissa [2].
Is Erbium-seostettu lasiVahvistusväline?
Kyllä, erbium-seostettu lasi on todellakin tyyppinen vahvistusväliaine, jota käytetään laserjärjestelmissä. Tässä yhteydessä "doping" viittaa prosessiin, jonka mukaan tietty määrä erbium -ioneja (Er³⁺) lasiin. Erbium on harvinainen maametallari, joka, joka on sisällytetty lasi -isäntään, voi tehokkaasti vahvistaa valoa stimuloidun päästöjen kautta, laserkäytön perusprosessin avulla.
Erbium-seostettu lasi on erityisen huomattava sen käytöstä kuitulasereilla ja kuituvahvistimilla, etenkin televiestintäteollisuudessa. Se soveltuu hyvin näihin sovelluksiin, koska se vahvistaa tehokkaasti valoa aallonpituuksilla noin 1550 nm, mikä on optisen kuituviestinnän keskeinen aallonpituus johtuen sen alhaisesta menetyksestä vakio piidioidun kuiduissa.
Seerbiumionit imevät pumpun valoa (usein alaser diodi) ja ovat innostuneita korkeampien energiatilojen kanssa. Kun he palaavat pienempaan energiatilaan, he lähettävät fotoneja laserprosessin laserprosessiin. Tämä tekee Erbium-seostetusta lasista tehokkaan ja laajalti käytetyn vahvistusväliaineen erilaisissa laser- ja vahvistimissa.
Aiheeseen liittyvät blogit: Uutiset - Erbium -seostettu lasi: Tiede ja sovellukset
Pumppausmekanismit: Laserien liikkeellepaneva voima
Monipuoliset lähestymistavat väestön inversion saavuttamiseksi
Pumppausmekanismin valinta on laserisuunnittelun keskeinen, mikä vaikuttaa kaikkeen tehokkuudesta lähtöaallonpituuteen. Optinen pumppaus, käyttämällä ulkoisia valonlähteitä, kuten flashvalamppeja tai muita lasereita, on yleinen solid-state- ja väriainelasereissa. Sähköpäästömenetelmiä käytetään tyypillisesti kaasulasereissa, kun taas puolijohdelaserit käyttävät usein elektronien injektiota. Näiden pumppausmekanismien tehokkuus, etenkin diodipumputetuissa kiinteän tilan lasereissa, on ollut merkittävästi viimeaikaisen tutkimuksen painopiste, joka tarjoaa suuremman tehokkuuden ja kompaktiuden [3].
Tekniset näkökohdat tehokkuuden pumppaamisessa
Pumppausprosessin tehokkuus on kriittinen osa laserisuunnittelua, mikä vaikuttaa yleiseen suorituskykyyn ja sovellusten soveltuvuuteen. Kiinteän tilan lasereissa valinta flashLamppien ja laser diodien välillä pumpun lähteenä voi vaikuttaa merkittävästi järjestelmän tehokkuuteen, lämpökuormaan ja säteen laatuun. Suuritehoisten, tehokkaiden laseridiodien kehitys on mullisti DPSS-laserjärjestelmiä, mikä mahdollistaa kompakti ja tehokkaammat mallit [4].
Optinen onkalo: Lasersäteen suunnittelu
Onteloiden suunnittelu: fysiikan ja tekniikan tasapainottava teko
Optinen onkalo tai resonaattori ei ole vain passiivinen komponentti, vaan aktiivinen osallistuja lasersäteen muotoiluun. Ontelon suunnittelulla, mukaan lukien peilien kaarevuus ja kohdistus, on ratkaiseva rooli laserin vakauden, moodirakenteen ja ulostulon määrittämisessä. Onkalo on suunniteltava parantamaan optista voittoa minimoimalla häviöt, haaste, joka yhdistää optisen tekniikan aaltooptiikan kanssa5.
Värähtelyolosuhteet ja tilan valinta
Laser -värähtelyn tapahtumiseksi väliaineen tarjoaman voiton on ylitettävä ontelon sisällä olevat tappiot. Tätä ehtoa yhdistettynä koherenttien aalto -superpositiovaatimukseen sanelee, että vain tiettyjä pitkittäismuotoja tuetaan. Milan etäisyyteen ja kokonaismoodirakenteeseen vaikuttavat ontelon fyysinen pituus ja vahvistusväliaineen taitekerroin [6].
Johtopäätös
Laserjärjestelmien suunnittelu ja toiminta käsittävät laajan spektrin fysiikan ja tekniikan periaatteista. Laserjärjestelmän jokaisella komponentilla on elintärkeä rooli sen yleisessä toiminnallisuudessa. Tämä artikkeli on tarjonnut vilkaisun lasertekniikan monimutkaiseen maailmaan, joka tarjoaa oivalluksia, jotka resonoivat kentän professorien ja optisten insinöörien edistyneestä ymmärryksestä.
Viitteet
- 1. Siegman, AE (1986). Laserit. University Science Books.
- 2. Svelto, O. (2010). Laserien periaatteet. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Solid-State Laser Engineering. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diodi pumppaisi kiinteän tilan lasereita. Laser -tekniikan ja sovellusten käsikirjassa (osa III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserfysiikka. Wiley.
- 6. SILFVAST, WT (2004). Laser -perusteet. Cambridge University Press.
Viestin aika: marraskuu-27-2023