Претплатете се на нашите социјални медиуми за брзи објави
Ласерите, камен-темелник на модерната технологија, се исто толку фасцинантни колку што се и сложени. Во нивното срце лежи симфонија од компоненти кои работат заедно за да произведат кохерентна, засилена светлина. Овој блог навлегува во сложеноста на овие компоненти, поткрепени со научни принципи и равенки, за да обезбеди подлабоко разбирање на ласерската технологија.
Напредни сознанија за компонентите на ласерскиот систем: Техничка перспектива за професионалци
| Компонента | Функција | Примери |
| Средно засилување | Медиумот за засилување е материјалот во ласерот што се користи за засилување на светлината. Тој го олеснува засилувањето на светлината преку процесот на инверзија на популацијата и стимулирана емисија. Изборот на медиумот за засилување ги одредува карактеристиките на зрачењето на ласерот. | Ласери со цврста состојба: на пр., Nd:YAG (итриумски гранат од алуминиум допиран со неодимиум), што се користи во медицински и индустриски апликации.Гасни ласери: на пр., CO2 ласери, кои се користат за сечење и заварување.Полупроводнички ласери:на пр., ласерски диоди, кои се користат во комуникацијата со оптички влакна и ласерските покажувачи. |
| Извор на пумпање | Изворот на пумпање обезбедува енергија до медиумот за засилување за да се постигне инверзија на популацијата (изворот на енергија за инверзија на популацијата), овозможувајќи ласерско работење. | Оптичко пумпањеКористење на интензивни извори на светлина како што се блиц-ламби за пумпање ласери во цврста состојба.Електрично пумпањеВозбудување на гасот во гасните ласери преку електрична струја.Полупроводничко пумпањеКористење на ласерски диоди за пумпање на цврсто-состојбениот ласерски медиум. |
| Оптичка празнина | Оптичката празнина, која се состои од две огледала, ја рефлектира светлината за да ја зголеми должината на патеката на светлината во медиумот за засилување, со што се подобрува засилувањето на светлината. Таа обезбедува механизам за повратна информација за ласерско засилување, избирајќи ги спектралните и просторните карактеристики на светлината. | Планарно-планска празнинаСе користи во лабораториски истражувања, едноставна структура.Планарно-конкавна празнина: Вообичаено кај индустриските ласери, обезбедува висококвалитетни зраци. Прстенеста празнинаСе користи во специфични дизајни на прстенести ласери, како што се прстенести гасни ласери. |
Медиумот за засилување: Спој на квантна механика и оптичко инженерство
Квантна динамика во медиумот за засилување
Средината за засилување е местото каде што се случува фундаменталниот процес на засилување на светлината, феномен длабоко вкоренет во квантната механика. Интеракцијата помеѓу енергетските состојби и честичките во медиумот е регулирана од принципите на стимулирана емисија и инверзија на популацијата. Критичната врска помеѓу интензитетот на светлината (I), почетниот интензитет (I0), пресекот на транзицијата (σ21) и бројот на честички на двете енергетски нивоа (N2 и N1) е опишана со равенката I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Постигнувањето на инверзија на популацијата, каде што N2 > N1, е од суштинско значење за засилување и е камен-темелник на ласерската физика.1].
Системи на три нивоа наспроти системи на четири нивоа
Во практичните ласерски дизајни, најчесто се користат системи со три и четири нивоа. Системите со три нивоа, иако поедноставни, бараат повеќе енергија за да се постигне инверзија на популацијата бидејќи пониското ласерско ниво е основната состојба. Системите со четири нивоа, од друга страна, нудат поефикасен пат до инверзија на популацијата поради брзото нерадијативно распаѓање од повисокото енергетско ниво, што ги прави позастапени во современите ласерски апликации.2].
Is Стакло допирано со ербиуммедиум за засилување?
Да, стаклото допирано со ербиум е навистина еден вид медиум за засилување што се користи во ласерските системи. Во овој контекст, „допирање“ се однесува на процесот на додавање одредена количина на јони на ербиум (Er³⁺) во стаклото. Ербиумот е редок земски елемент кој, кога е вграден во стаклен домаќин, може ефикасно да ја засили светлината преку стимулирана емисија, фундаментален процес во работата со ласерот.
Стаклото допирано со ербиум е особено значајно по неговата употреба во фибер ласери и фибер засилувачи, особено во телекомуникациската индустрија. Тоа е добро прилагодено за овие апликации бидејќи ефикасно ја засилува светлината на бранови должини околу 1550 nm, што е клучна бранова должина за оптички влакна комуникации поради неговите мали загуби во стандардните силициумски влакна.
Наербиумјоните апсорбираат светлина од пумпата (често одласерска диода) и се возбудуваат во состојби со повисока енергија. Кога се враќаат во состојба со пониска енергија, тие емитуваат фотони на брановата должина на ласерското зрачење, придонесувајќи за процесот на ласер. Ова го прави стаклото допирано со ербиум ефикасен и широко користен медиум за засилување во различни дизајни на ласери и засилувачи.
Поврзани блогови: Вести - Стакло допирано со ербиум: Наука и примена
Механизми за пумпање: Движечката сила зад ласерите
Различни пристапи за постигнување на инверзија на популацијата
Изборот на механизам за пумпање е клучен во дизајнот на ласери, влијаејќи на сè, од ефикасноста до излезната бранова должина. Оптичкото пумпање, со користење на надворешни извори на светлина како што се ламбички или други ласери, е вообичаено кај ласерите во цврста состојба и ласерите во боја. Методите на електрично празнење обично се користат кај гасните ласери, додека полупроводничките ласери често користат вбризгување на електрони. Ефикасноста на овие механизми за пумпање, особено кај диодно-пумпаните ласери во цврста состојба, е значаен фокус на неодамнешните истражувања, нудејќи поголема ефикасност и компактност.3].
Технички размислувања во ефикасноста на пумпањето
Ефикасноста на процесот на пумпање е клучен аспект на дизајнот на ласерот, кој влијае на целокупните перформанси и соодветноста на апликацијата. Кај ласерите во цврста состојба, изборот помеѓу ламби за блесоци и ласерски диоди како извор на пумпа може значително да влијае на ефикасноста на системот, термичкото оптоварување и квалитетот на зракот. Развојот на високомоќни и високоефикасни ласерски диоди ги револуционизираше DPSS ласерските системи, овозможувајќи покомпактни и поефикасни дизајни.4].
Оптичката празнина: Инженерство на ласерскиот зрак
Дизајн на шуплини: Балансирачки чин на физика и инженерство
Оптичката празнина, или резонаторот, не е само пасивна компонента, туку и активен учесник во обликувањето на ласерскиот зрак. Дизајнот на празнината, вклучувајќи ја закривеноста и усогласувањето на огледалата, игра клучна улога во одредувањето на стабилноста, структурата на режимот и излезот на ласерот. Шуплината мора да биде дизајнирана да го подобри оптичкото засилување, а воедно да ги минимизира загубите, предизвик што ги комбинира оптичкиот инженеринг со брановата оптика.5.
Услови на осцилација и избор на режим
За да се случи ласерска осцилација, засилувањето што го обезбедува медиумот мора да ги надмине загубите во шуплината. Овој услов, заедно со барањето за кохерентна суперпозиција на бранови, диктира дека се поддржани само одредени лонгитудинални модови. Растојанието меѓу модовите и целокупната структура на модовите се под влијание на физичката должина на шуплината и индексот на прекршување на медиумот за засилување.6].
Заклучок
Дизајнот и работењето на ласерските системи опфаќаат широк спектар на физички и инженерски принципи. Од квантната механика што го регулира медиумот за засилување до сложеното инженерство на оптичката празнина, секоја компонента на ласерскиот систем игра витална улога во неговата целокупна функционалност. Оваа статија ни овозможи увид во сложениот свет на ласерската технологија, нудејќи увиди што се совпаѓаат со напредното разбирање на професорите и оптичките инженери во оваа област.
Референци
- 1. Зигман, АЕ (1986). Ласери. Универзитетски научни книги.
- 2. Свелто, О. (2010). Принципи на ласерите. Спрингер.
- 3. Кохнер, В. (2006). Инженерство на цврсти ласерски системи. Спрингер.
- 4. Пајпер, ЈА и Милдрен, РП (2014). Диодно пумпани ласери во цврста состојба. Во Прирачник за ласерска технологија и апликации (том III). CRC Press.
- 5. Милони, ПВ и Еберли, ЏХ (2010). Ласерска физика. Вајли.
- 6. Силфваст, ВТ (2004). Основи на ласерите. Cambridge University Press.
Време на објавување: 27 ноември 2023 година