Pretplatite se na naše društvene medije za brz post
Laseri, kamen temeljac moderne tehnologije, jednako su fascinantni koliko i složeni. U njihovom srcu leži simfonija komponenti koje rade u skladu na stvaranju koherentne, pojačane svjetlosti. Ovaj blog ulazi u sitnice ovih komponenti, podržane znanstvenim načelima i jednadžbama, kako bi se pružilo dublje razumijevanje laserske tehnologije.
| Komponenta | Funkcija |
|
| : | ||
| Izvor crpljenja pruža energiju za dobitak mediju za postizanje inverzije populacije (izvor energije za inverziju populacije), omogućujući laserski rad. | ||
| Optička šupljina, koja se sastoji od dva ogledala, odražava svjetlost kako bi povećala duljinu svjetlosti u dobitci, povećavajući tako pojačavanje svjetlosti. It provides a feedback mechanism for laser amplification, selecting the spectral and spatial characteristics of the light. |
The gain medium is where the fundamental process of light amplification occurs, a phenomenon deeply rooted in quantum mechanics. Interakcija između energetskih stanja i čestica unutar medija regulirana je načelima stimulirane emisije i inverzije stanovništva. Kritični odnos između intenziteta svjetlosti (I), početnog intenziteta (I0), presjeka prijelaza (σ21) i broja čestica na dvije razine energije (N2 i N1) opisan je jednadžbom I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). Achieving a population inversion, where N2 > N1, is essential for amplification and is a cornerstone of laser physics[1].
In practical laser designs, three-level and four-level systems are commonly employed. Three-level systems, while simpler, require more energy to achieve population inversion as the lower laser level is the ground state. S druge strane, sustavi na četiri razine nude učinkovitiji put do inverzije stanovništva zbog brzog propadanja ne-radijacija od više razine energije, što ih čini prevladavajućim u modernim laserskim aplikacijama [2].
Is
Da, staklo dopirano erbiju doista je vrsta medija dobitka koji se koristi u laserskim sustavima. U tom se kontekstu "doping" odnosi na postupak dodavanja određene količine erbijskih iona (er³⁺) u čašu. Erbium je rijedak zemaljski element koji, kada je ugrađen u staklenu domaćinu, može učinkovito pojačati svjetlost kroz stimuliranu emisiju, temeljni proces u laserskom radu.
Erbium-doped glass is particularly notable for its use in fiber lasers and fiber amplifiers, especially in the telecommunications industry. Za ove je primjene dobro prilagođen jer učinkovito pojačava svjetlost na valnim duljinama oko 1550 nm, što je ključna valna duljina za komunikacije optičkih vlakana zbog niskog gubitka u standardnim silicijevim vlaknima.
Aerbijum) i uzbuđeni su u višim energetskim stanjima. When they return to a lower energy state, they emit photons at the lasing wavelength, contributing to the laser process. This makes erbium-doped glass an effective and widely used gain medium in various laser and amplifier designs.
Izbor mehanizma za crpljenje je središnji u laserskom dizajnu, utječući na sve, od učinkovitosti do izlazne valne duljine. Optičko crpljenje, pomoću vanjskih izvora svjetlosti kao što su bljeskalice ili drugi laseri, uobičajeno je u čvrstom stanju i laserima boje. Metode električnog pražnjenja obično se koriste u plinskim laserima, dok poluvodički laseri često koriste ubrizgavanje elektrona. Učinkovitost ovih mehanizama crpljenja, posebno u laserima s pumpama s diodom, bila je značajan fokus nedavnih istraživanja, nudeći veću učinkovitost i kompaktnost [3].
Tehnička razmatranja u učinkovitosti pumpanja
Učinkovitost procesa crpljenja kritični je aspekt laserskog dizajna, što utječe na ukupnu performanse i prikladnost primjene. U laserima u čvrstom stanju, izbor između bljeskalica i laserskih dioda kao izvora pumpe može značajno utjecati na učinkovitost sustava, toplinsko opterećenje i kvalitetu snopa. Razvoj visoke, visoko učinkovite laserske diode revolucionirao je DPSS laserske sustave, omogućujući kompaktniji i učinkovitiji dizajn [4].
Optička šupljina ili rezonator nije samo pasivna komponenta, već je aktivni sudionik u oblikovanju laserskog snopa. Dizajn šupljine, uključujući zakrivljenost i usklađivanje ogledala, igra ključnu ulogu u određivanju stabilnosti, strukture načina rada i izlaza lasera. Šupljina mora biti dizajnirana kako bi poboljšala optički dobitak uz minimiziranje gubitaka, izazov koji kombinira optičko inženjerstvo s valom optikom5.
Da bi se dogodila laserska oscilacija, dobitak koji pruža medij mora premašiti gubitke unutar šupljine. Ovo stanje, zajedno s zahtjevom za koherentnom valnom superpozicijom, diktira da su podržani samo određeni uzdužni načini. Na razmak načina i ukupnu strukturu načina utječu fizička duljina šupljine i indeks loma medija dobitka [6].
Zaključak
Dizajn i rad laserskih sustava obuhvaćaju širok spektar principa fizike i inženjerstva. Od kvantne mehanike koja regulira medij dobitka do zamršenog inženjerstva optičke šupljine, svaka komponenta laserskog sustava igra vitalnu ulogu u njegovoj ukupnoj funkcionalnosti. Ovaj je članak pružio pogled na složen svijet laserske tehnologije, nudeći uvide koji odjekuju s naprednim razumijevanjem profesora i optičkih inženjera na terenu.
Reference
- 1. Siegman, AE (1986). Laseri. Sveučilišne znanstvene knjige.
- 2. Svelto, O. (2010). Principi lasera. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Laserski inženjering čvrstog stanja. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diode Pumped Solid State Lasers. In Handbook of Laser Technology and Applications (Vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserska fizika. Wiley.
Post Vrijeme: studeni-27-2023