Основниот принцип на работа на ласерот (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) се заснова на феноменот на стимулирана емисија на светлина. Преку низа прецизни дизајни и структури, ласерите генерираат зраци со висока кохерентност, монохроматичност и осветленост. Ласерите се широко користени во модерната технологија, вклучително и во области како што се комуникација, медицина, производство, мерење и научно истражување. Нивната висока ефикасност и прецизни контролни карактеристики ги прават основна компонента на многу технологии. Подолу е детално објаснување на принципите на работа на ласерите и механизмите на различните видови ласери.
1. Стимулирана емисија
Стимулирана емисијае основниот принцип зад ласерското генерирање, првпат предложен од Ајнштајн во 1917 година. Овој феномен опишува како се создаваат покохерентни фотони преку интеракцијата помеѓу светлината и материјата во возбудена состојба. За подобро да ја разбереме стимулираната емисија, да почнеме со спонтана емисија:
Спонтана емисија: Во атомите, молекулите или другите микроскопски честички, електроните можат да апсорбираат надворешна енергија (како што е електричната или оптичката енергија) и да преминат на повисоко енергетско ниво, познато како возбудена состојба. Сепак, електроните во возбудена состојба се нестабилни и на крајот ќе се вратат на пониско енергетско ниво, познато како основна состојба, по краток период. За време на овој процес, електронот ослободува фотон, што е спонтана емисија. Таквите фотони се случајни во однос на фреквенцијата, фазата и насоката, и затоа немаат кохерентност.
Стимулирана емисија: Клучот за стимулираната емисија е дека кога електронот во возбудена состојба ќе наиде на фотон со енергија што одговара на неговата преодна енергија, фотонот може да го поттикне електронот да се врати во основната состојба додека ослободува нов фотон. Новиот фотон е идентичен со оригиналниот во однос на фреквенцијата, фазата и насоката на ширење, што резултира со кохерентна светлина. Овој феномен значително го засилува бројот и енергијата на фотоните и е основниот механизам на ласерите.
Позитивен повратен ефект од стимулираната емисија: Во дизајнот на ласерите, процесот на стимулирана емисија се повторува повеќе пати, а овој позитивен ефект на повратна информација може експоненцијално да го зголеми бројот на фотони. Со помош на резонантна празнина се одржува кохерентноста на фотоните, а интензитетот на светлосниот зрак постојано се зголемува.
2. Добијте медиум
Надобие медиуме основниот материјал во ласерот што го одредува засилувањето на фотоните и ласерскиот излез. Тоа е физичка основа за стимулирана емисија, а неговите својства ја одредуваат фреквенцијата, брановата должина и излезната моќност на ласерот. Видот и карактеристиките на медиумот за засилување директно влијаат на примената и перформансите на ласерот.
Механизам за возбудување: Електроните во медиумот за засилување треба да бидат возбудени на повисоко ниво на енергија од надворешен извор на енергија. Овој процес обично се постигнува со надворешни системи за снабдување со енергија. Вообичаените механизми за возбудување вклучуваат:
Електрично пумпање: Возбудување на електроните во медиумот за засилување со примена на електрична струја.
Оптичко пумпање: Возбудување на медиумот со извор на светлина (како блиц светилка или друг ласер).
Систем за нивоа на енергија: Електроните во медиумот за засилување обично се распределуваат во специфични енергетски нивоа. Најчести сесистеми на две нивоаисистеми на четири нивоа. Во едноставен систем на две нивоа, електроните преминуваат од основната состојба во возбудената состојба, а потоа се враќаат во основната состојба преку стимулирана емисија. Во систем на четири нивоа, електроните се подложени на посложени транзиции помеѓу различни енергетски нивоа, што често резултира со поголема ефикасност.
Видови медиуми за добивка:
Медиум за добивка на гас: На пример, хелиум-неонски (He-Ne) ласери. Медиумите за засилување на гас се познати по нивниот стабилен излез и фиксна бранова должина и широко се користат како стандардни извори на светлина во лабораториите.
Медиум за зголемување на течноста: На пример, ласери за боја. Молекулите на бојата имаат добри возбудливи својства на различни бранови должини, што ги прави идеални за прилагодливи ласери.
Медиум за цврста добивка: На пример, Nd (неодимиум-допирани итриум алуминиумски гранат) ласери. Овие ласери се многу ефикасни и моќни и широко се користат во индустриско сечење, заварување и медицински апликации.
Медиум за добивка на полупроводници: На пример, материјалите од галиум арсенид (GaAs) се широко користени во комуникациските и оптоелектронските уреди како што се ласерските диоди.
3. Резонаторна празнина
Нарезонаторска празнинае структурна компонента во ласерот што се користи за повратна информација и засилување. Неговата основна функција е да го зголеми бројот на фотони произведени преку стимулирана емисија со рефлексија и засилување во внатрешноста на шуплината, со што се генерира силен и фокусиран ласерски излез.
Структура на резонаторската празнина: Обично се состои од две паралелни огледала. Едното е целосно рефлектирачко огледало, познато какозаден ретровизор, а другото е делумно рефлектирачко огледало, познато како наизлезно огледало. Фотоните се рефлектираат напред и назад во шуплината и се засилуваат преку интеракција со медиумот за засилување.
Резонанцна состојба: Дизајнот на резонаторската празнина мора да исполнува одредени услови, како на пример да се осигура дека фотоните формираат стоечки бранови во внатрешноста на шуплината. Ова бара должината на шуплината да биде повеќекратна од ласерската бранова должина. Само светлосните бранови кои ги исполнуваат овие услови можат ефикасно да се засилат во внатрешноста на шуплината.
Излезен зрак: Делумно рефлектирачкото огледало дозволува дел од засилениот светлосен зрак да помине низ, формирајќи го излезниот зрак на ласерот. Овој зрак има висока насоченост, кохерентност и монохроматичност.
Доколку сакате да дознаете повеќе или сте заинтересирани за ласери, слободно контактирајте не:
Лумиспот
Адреса: Зграда 4 #, бр.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Вукси, 214000, Кина
Тел: + 86-0510 87381808.
Мобилен: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-страница: www.lumispot-tech.com
Време на објавување: 18-ти септември 2024 година