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.
Napredni uvidi u komponente laserskog sustava: Tehnička perspektiva za profesionalce
| Komponenta | Funkcija | Primjeri |
| Dobiti medij | Medij dobitka je materijal u laseru koji se koristi za pojačavanje svjetla. Omogućuje pojačavanje svjetla kroz proces inverzije stanovništva i stimuliranu emisiju. Izbor medija pojačanja određuje karakteristike zračenja lasera. | Laseri u čvrstom stanju: npr. ND: YAG (neodimij-dopirani ytrium aluminijski granat), koji se koristi u medicinskim i industrijskim primjenama.Plinski laseri: npr. CO2 laseri, koji se koriste za rezanje i zavarivanje.Poluvodički laseri:Npr., Laserske diode, koje se koriste u komunikaciji s optikom vlakana i laserskim pokazivačima. |
| Crpni izvor | Izvor crpljenja pruža energiju za dobitak mediju za postizanje inverzije populacije (izvor energije za inverziju populacije), omogućujući laserski rad. | Optičko crpljenje: Korištenje intenzivnih izvora svjetlosti poput bljeskalice za pumpanje lasera čvrstog stanja.Električno crpljenje: Uzbudljivo plin u plinskim laserima kroz električnu struju.Poluvodičko pumpanje: Korištenje laserskih dioda za pumpanje laserskog medija čvrstog stanja. |
| Optička šupljina | Optička šupljina, koja se sastoji od dva ogledala, odražava svjetlost kako bi povećala duljinu svjetlosti u dobitci, povećavajući tako pojačavanje svjetlosti. Pruža mehanizam povratnih informacija za lasersko pojačanje, odabir spektralnih i prostornih karakteristika svjetla. | Planarna šupljina: Koristi se u laboratorijskim istraživanjima, jednostavna struktura.Ravninsko-konkavna šupljina: Uobičajeno u industrijskim laserima, pruža visokokvalitetne grede. Šminkana šupljina: Koristi se u specifičnim nacrtima prstenastih lasera, poput lasera prstenastih plinova. |
Medij dobitka: Nexus kvantne mehanike i optičkog inženjerstva
Kvantna dinamika u mediju za dobitak
Medij dobitka je tamo gdje se događa temeljni proces pojačanja svjetlosti, fenomen duboko ukorijenjen u kvantnoj mehanici. 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). Postizanje inverzije stanovništva, gdje je n2> n1, ključno je za pojačavanje i kamen temeljac laserske fizike [1].
Tri razine u odnosu na četiri razine
U praktičnim laserskim dizajnima obično se koriste sustavi na tri razine i četiri razine. Sustavi na tri razine, iako jednostavniji, zahtijevaju više energije za postizanje inverzije stanovništva jer je niža razina lasera osnovno stanje. 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 Staklo dopirano erbijuMedij za dobitak?
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-dopirano staklo posebno je zapaženo po svojoj upotrebi u laserima vlakana i pojačalima vlakana, posebno u telekomunikacijskoj industriji. 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.
Aerbijumioni apsorbiraju svjetlo pumpe (često od alaserska dioda) i uzbuđeni su u višim energetskim stanjima. Kad se vrate u niže energetsko stanje, emitiraju fotone na lazijskoj valnoj duljini, pridonoseći laserskom procesu. Zbog toga je staklo dopirano erbiju učinkovitim i široko korištenim medijem dobitka u različitim laserskim i pojačanim dizajnom.
Povezani blogovi: Vijesti - Erbium -dopirano staklo: Znanost i aplikacije
Mehanizmi za crpljenje: pokretačka snaga koja stoji iza lasera
Raznoliki pristupi postizanju inverzije stanovništva
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: inženjering laserski snop
Dizajn šupljine: Zakon o balansiranju fizike i inženjerstva
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.
Uvjeti oscilacije i odabir načina rada
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). Dioda pumpala laseri čvrstog stanja. U priručniku laserske tehnologije i aplikacija (vol. III). CRC PRESS.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserska fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laserski temelji. Cambridge University Press.
Post Vrijeme: studeni-27-2023