Osnovni princip rada lasera (svjetlost pojačanja stimuliranom emisijom zračenja) temelji se na fenomenu stimulirane emisije svjetlosti. Kroz niz preciznih dizajna i struktura, laseri stvaraju grede s visokom koherencijom, monokromatskom i svjetlinom. Laseri se široko koriste u modernoj tehnologiji, uključujući polja kao što su komunikacija, medicina, proizvodnja, mjerenje i znanstvena istraživanja. Njihova visoka učinkovitost i precizne kontrolne karakteristike čine ih temeljnom komponentom mnogih tehnologija. Ispod je detaljno objašnjenje radnih principa lasera i mehanizama različitih vrsta lasera.
1. stimulirana emisija
Stimulirana emisijaje temeljno načelo iza laserske generacije, koje je Einstein prvi predložio 1917. godine. Ovaj fenomen opisuje kako se koherentniji fotoni stvaraju interakcijom između svjetlosti i uzbuđenog stanja. Da bismo bolje razumjeli stimuliranu emisiju, započnimo sa spontanom emisijom:
Spontana emisija: U atomima, molekulama ili drugim mikroskopskim česticama, elektroni mogu apsorbirati vanjsku energiju (poput električne ili optičke energije) i prijeći na višu energetsku razinu, poznatu kao pobuđeno stanje. Međutim, elektroni uzbuđenih stanja su nestabilni i na kraju će se vratiti na nižu energetsku razinu, poznatu kao osnovno stanje, nakon kratkog razdoblja. Tijekom ovog procesa, elektron oslobađa foton, što je spontana emisija. Takvi su fotoni slučajni u pogledu učestalosti, faze i smjera, pa im nedostaje koherencija.
Stimulirana emisija: Ključ za stimuliranu emisiju jest da kada elektron pobuđenog stanja naiđe na foton s energijom koja odgovara njegovoj tranzicijskoj energiji, foton može potaknuti elektron da se vrati u osnovno stanje dok pušta novi foton. Novi foton je identičan originalnom u smislu smjera frekvencije, faze i širenja, što rezultira koherentnom svjetlom. Ovaj fenomen značajno pojačava broj i energiju fotona i temeljni je mehanizam lasera.
Pozitivni povratni učinak stimulirane emisije: U dizajnu lasera, stimulirani proces emisije ponavlja se više puta, a ovaj pozitivni učinak povratnih informacija može eksponencijalno povećati broj fotona. Uz pomoć rezonantne šupljine održava se koherencija fotona, a intenzitet svjetlosti kontinuirano se povećava.
2. Dobitak medija
Adobiti medijje osnovni materijal u laseru koji određuje pojačavanje fotona i laserski izlaz. To je fizička osnova za stimuliranu emisiju, a njegova svojstva određuju frekvenciju, valnu duljinu i izlaznu snagu lasera. Vrsta i karakteristike medija dobitka izravno utječu na primjenu i performanse lasera.
Mehanizam uzbuđenja: Elektroni u mediju za dobitak moraju biti uzbuđeni na višu razinu energije prema vanjskom izvoru energije. Taj se postupak obično postiže vanjskim sustavima opskrbe energijom. Uobičajeni mehanizmi uzbuđenja uključuju:
Električno crpljenje: Uzbudljivi elektroni u mediju za dobitak primjenom električne struje.
Optičko crpljenje: Uzbudljivi medij s izvorom svjetla (poput bljeskalice ili drugog lasera).
Sustav razine energije: Elektroni u mediju za dobitak obično se raspodjeljuju u određenim razinama energije. Najčešći suSustavi na dvije razineisustavi na četiri razine. U jednostavnom sustavu na dvije razine, elektroni prijelaze iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje, a zatim se vraćaju u osnovno stanje kroz stimuliranu emisiju. U sustavu na četiri razine, elektroni prolaze složenije prijelaze između različitih razina energije, što često rezultira većom učinkovitošću.
Vrste medija za dobitak:
Medij za dobivanje plina: Na primjer, helij-neon (he-ne) laseri. Mediji za dobivanje plina poznati su po stabilnom izlazu i fiksnoj valnoj duljini, a široko se koriste kao standardni izvori svjetla u laboratorijima.
Medij za dobitak tekućine: Na primjer, laseri za bojenje. Molekule boje imaju dobra svojstva pobude na različitim valnim duljinama, što ih čini idealnim za prilagodljive lasere.
Medij za čvrsto dobitak: Na primjer, ND (neodimijski dopirani ytrium aluminijski granat) laseri. Ti su laseri vrlo učinkoviti i snažni, a široko se koriste u industrijskom rezanju, zavarivanju i medicinskim primjenama.
Poluvodički dobitak srednje: Na primjer, materijali galij arsenida (GAAS) široko se koriste u komunikacijskim i optoelektronskim uređajima poput laserskih dioda.
3. rezonatorska šupljina
Arezonatorska šupljinaje strukturna komponenta u laseru koja se koristi za povratne informacije i pojačavanje. Njegova jezgrena funkcija je poboljšati broj fotona proizvedenih kroz stimuliranu emisiju odražavajući ih i pojačavajući ih unutar šupljine, stvarajući tako snažan i fokusiran laserski izlaz.
Struktura rezonatorske šupljine: Obično se sastoji od dva paralelna ogledala. Jedno je potpuno reflektirajuće ogledalo, poznato kaostražnji ogledalo, a drugo je djelomično reflektirajuće ogledalo, poznato kaoizlazno ogledalo. Fotoni se odražavaju naprijed -nazad unutar šupljine i pojačavaju se interakcijom s medijem dobitka.
Rezonantno stanje: Dizajn rezonatorske šupljine mora ispuniti određene uvjete, poput osiguranja da fotoni formiraju stajaće valove unutar šupljine. To zahtijeva da duljina šupljine bude višestruka od laserske valne duljine. Samo svjetlosni valovi koji ispunjavaju ove uvjete mogu se učinkovito pojačati unutar šupljine.
Izlazna greda: Djelomično reflektirajuće ogledalo omogućava prolazak dijela pojačane svjetlosti, tvoreći izlazni snop lasera. Ova snopa ima visoku usmjerenost, koherenciju i jednobojnost.
Ako želite saznati više ili vas zanimaju laseri, slobodno nas kontaktirajte:
Lumispot
Adresa: Zgrada 4 #, br.99 Furong 3. cesta, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web stranica: www.lumispot-tech.com
Post Vrijeme: SEP-18-2024