Laserin perusperiaate (kevyt monistus säteilyn stimuloidulla emissiolla) perustuu valon stimuloidun emission ilmiöön. Sarjan tarkkojen mallien ja rakenteiden avulla laserit tuottavat palkkeja, joilla on korkea johdonmukaisuus, yksivärisyys ja kirkkaus. Lasereita käytetään laajasti nykyaikaisessa tekniikassa, myös aloilla, kuten viestintä, lääketiede, valmistus, mittaus ja tieteellinen tutkimus. Niiden korkea hyötysuhde ja tarkkoja ohjausominaisuudet tekevät niistä monien tekniikoiden ydinkomponentin. Alla on yksityiskohtainen selitys laserien työperiaatteista ja erityyppisten laserien mekanismeista.
1. Stimuloitu päästö
Stimuloitu päästöon Laser-sukupolven perusperiaate, jonka Einstein ehdotti ensin vuonna 1917. Tämä ilmiö kuvaa, kuinka yhtenäisempiä fotoneja tuotetaan valon ja viritetyn tilan aineen välisen vuorovaikutuksen kautta. Aloitetaan paremmin stimuloidun päästöjen ymmärtämiseksi spontaanilla päästöillä:
Spontaani päästö: Atomeissa, molekyyleissä tai muissa mikroskooppisissa hiukkasissa elektronit voivat absorboida ulkoisen energian (kuten sähköinen tai optinen energia) ja siirtyä korkeammalle energiatasolle, joka tunnetaan nimellä viritetty tila. Virheenvaltion elektronit ovat kuitenkin epävakaita ja palaavat lopulta alhaisemmalle energiatasolle, joka tunnetaan nimellä perustila, lyhyen ajan kuluttua. Tämän prosessin aikana elektroni vapauttaa fotonin, joka on spontaani päästö. Tällaiset fotonit ovat satunnaisia taajuuden, vaiheen ja suunnan suhteen, ja siten puuttuu johdonmukaisuus.
Stimuloitu päästö: Avain stimuloidulle päästöille on, että kun innostuneessa tilan elektronissa kohtaa fotonin energialla, joka vastaa sen siirtymäenergiaa, fotoni voi kehottaa elektronia palaamaan maatilaan vapauttaen uuden fotonin. Uusi fotoni on identtinen alkuperäisen kanssa taajuuden, vaiheen ja etenemissuunnan suhteen, mikä johtaa johdonmukaiseen valoon. Tämä ilmiö vahvistaa merkittävästi fotonien lukumäärää ja energiaa ja on laserien ydinmekanismi.
Stimuloidun päästöjen positiivinen palautevaikutus: Laserien suunnittelussa stimuloitu päästöprosessi toistetaan useita kertoja, ja tämä positiivinen palautevaikutus voi eksponentiaalisesti lisätä fotonien lukumäärää. Resonanssiontelon avulla fotonien koherenssi ylläpidetään ja valonsäteen voimakkuutta kasvaa jatkuvasti.
2. Gain -väliaine
Sevoittovälineon laserin ydinmateriaali, joka määrittelee fotonien ja laserlähtöjen monistumisen. Se on stimuloidun päästöjen fysikaalinen perusta, ja sen ominaisuudet määrittävät laserin taajuuden, aallonpituuden ja lähtötehon. Vahvistusväliaineen tyyppi ja ominaisuudet vaikuttavat suoraan laserin soveltamiseen ja suorituskykyyn.
Viritysmekanismi: Väliaineen elektronien on oltava innostuneita korkeammalle energiatasolle ulkoisella energialähteellä. Tämä prosessi saavutetaan yleensä ulkoisilla energian syöttöjärjestelmillä. Yleisiä viritysmekanismeja ovat:
Sähköpumppu: Jännittävä elektroneja Gain -väliaineessa levittämällä sähkövirtaa.
Optinen pumppaus: Jännittävä väline, jossa on valonlähde (kuten flash -lamppu tai muu laser).
Energiatasojärjestelmä: Gain -väliaineen elektronit jakautuvat tyypillisesti tiettyihin energiatasoihin. Yleisimmät ovatkahden tason järjestelmätjanelitasoinen järjestelmät. Yksinkertaisessa kaksitasoisessa järjestelmässä elektronit siirtyvät perustilasta viritettyyn tilaan ja palaavat sitten perustilaan stimuloidun päästöjen kautta. Neljän tason järjestelmässä elektronit läpikäyvät monimutkaisempia siirtymiä eri energiatasojen välillä, mikä johtaa usein suurempaan tehokkuuteen.
Mediatyypit:
Kaasunvahvistusaine: Esimerkiksi helium-neon (He-NE) laserit. Kaasunvahvistusväliaineet tunnetaan vakaasta lähtö- ja kiinteä aallonpituudestaan, ja niitä käytetään laajasti laboratorioiden tavanomaisina valonlähteinä.
Nesteen vahvistusväliaine: Esimerkiksi väriainelaserit. Väriainemolekyyleillä on hyvät viritysominaisuudet eri aallonpituuksilla, mikä tekee niistä ihanteellisia viritettäville lasereille.
Vankka vahvistuksen väliaine: Esimerkiksi ND (neodyymi-seostettu yttrium-alumiiniarranaatti) laserit. Nämä laserit ovat erittäin tehokkaita ja tehokkaita, ja niitä käytetään laajasti teollisuuden leikkaamisessa, hitsauksessa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Puolijohdevahvistusaine: Esimerkiksi gallium -arsenidi (GAAS) -materiaaleja käytetään laajasti viestintä- ja optoelektronisissa laitteissa, kuten laseridiodeissa.
3. Resonaattorin onkalo
Seresonaattorin onkaloon palautteen ja monistumisen käytetty laser -rakenteellinen komponentti. Sen ydintoiminto on parantaa stimuloidun emission avulla tuotettujen fotonien lukumäärää heijastamalla ja monistamalla niitä ontelon sisällä, mikä tuottaa vahvan ja keskittyneen laserlähtöä.
Resonaattorin onkalon rakenne: Se koostuu yleensä kahdesta rinnakkaisesta peilistä. Yksi on täysin heijastava peili, joka tunnetaan nimellätakapeili, ja toinen on osittain heijastava peili, joka tunnetaan nimellälähtöpeili. Fotonit heijastavat edestakaisin ontelossa ja monistetaan vuorovaikutuksella vahvistusväliaineen kanssa.
Resonanssitila: Resonaattorin onkalon suunnittelun on täytettävä tietyt olosuhteet, kuten varmistaa, että fotonit muodostavat seisovia aaltoja ontelon sisällä. Tämä edellyttää, että onkalon pituus on laseraallonpituuden monikerros. Vain nämä olosuhteet täyttävät kevyet aallot voidaan vahvistaa tehokkaasti ontelon sisällä.
Lähtöpalkki: Osittain heijastava peili mahdollistaa osan monistetun valonsäteen kulkemisen läpi, muodostaen laserin lähtöpalkin. Tällä säteellä on suuri suunta, koherenssi ja yksivärisyys.
Jos haluat oppia lisää tai olet kiinnostunut laserista, ota rohkeasti yhteyttä:
Lumispot
Osoite: Rakennus 4 #, nro 99 Furong 3. tie, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kiina
Puh: + 86-0510 87381808.
Mobiili: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Verkkosivusto: www.lumispot-tech.com
Viestin aika: Syyskuu 18-2024