Основниот принцип на работа на ласерот (засилување на светлината со стимулирана емисија на зрачење) се базира на феноменот на стимулирана емисија на светлина. Преку серија 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 комуникациите, медицината, производството, мерењето и научните истражувања. Нивната висока ефикасност и прецизните контролни карактеристики ги прават основна компонента на многу технологии. Подолу е дадено детално објаснување на принципите на работа на ласерите и механизмите на различните видови ласери.
1. Стимулирана емисија
Стимулирана емисијае фундаменталниот принцип зад генерирањето на ласер, 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 спонтаната емисија:
Спонтана емисијаВо атомите, молекулите или другите микроскопски честички, електроните можат да апсорбираат надворешна енергија (како што е електрична или оптичка 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. Ваквите фотони се случајни во однос на фреквенцијата, фазата и насоката, и затоа немаат кохерентност.
Стимулирана емисијаКлучот за стимулирана емисија е тоа што кога електрон во возбудена состојба ќе се сретне со фотон со енергија што се совпаѓа со неговата енергија на транзиција, 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 основен механизам на ласерите.
Позитивен повратен ефект на стимулирана емисијаВо дизајнот на ласерите, процесот на стимулирана емисија се повторува повеќе пати, а овој позитивен повратен ефект може експоненцијално да го зголеми бројот на фотони. Со помош на резонантна празнина, се одржува кохерентноста на фотоните, а интензитетот на светлосниот зрак континуирано се зголемува.
2. Средно засилување
Намедиум за засилувањее основниот материјал во ласерот што ја одредува засилувањето на фотоните и излезот на ласерот. Тоа е физичката 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 на побудувањеЕлектроните во медиумот за засилување треба да се возбудат на повисоко енергетско ниво од надворешен извор на енергија. Овој процес обично се постигнува со надворешни системи за снабдување со енергија. Вообичаените механизми на возбудување вклучуваат:
Електрично пумпањеВозбудување на електроните во медиумот за засилување со примена на електрична струја.
Оптичко пумпањеВозбудување на медиумот со извор на светлина (како што е блиц или друг ласер).
Систем за нивоа на енергијаЕлектроните во медиумот за засилување обично се распределени во специфични енергетски нивоа. Најчести сесистеми на две нивоаисистеми со четири нивоаВо едноставен систем на две нивоа, електроните преминуваат од основна состојба во возбудена состојба, а потоа се враќаат во основна состојба преку стимулирана емисија. Во систем на четири нивоа, електроните претрпуваат посложени транзиции помеѓу различни енергетски нивоа, што често резултира со поголема ефикасност.
Видови на медиуми за засилување:
Средно зголемување на гасотНа пример, хелиум-неонски (He-Ne) ласери. Медиумите за гасно засилување се познати по нивниот стабилен излез и фиксна бранова должина и се широко користени како стандардни извори на светлина во лабораториите.
Течност за добивка СредноНа пример, ласери за боја. Молекулите на боја имаат добри својства на возбудување низ различни бранови должини, што ги прави идеални за прилагодливи ласери.
Солидно засилување СредноНа пример, Nd (неодимиумски допиран итриум алуминиумски гранат) ласери. Овие ласери се многу ефикасни и моќни и се користат во индустриско сечење, заварување и медицински апликации.
Полупроводнички засилување на медиумНа пример, материјалите од галиум арсенид (GaAs) се користат широко во комуникациските и оптоелектронските уреди како што се ласерските диоди.
3. Резонаторска 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 нивно рефлектиране и засилување во внатрешноста на шуплината, со што се генерира силен и фокусиран ласерски излез.
Структура на резонаторската празнинаОбично се состои од две паралелни огледала. Едното е целосно рефлективно огледало, познато какозаден ретровизор, а другото е делумно рефлективно огледало, познато какоизлезно огледалоФотоните се рефлектираат напред-назад во шуплината и се засилуваат преку интеракција со медиумот за засилување.
Резонантна состојбаДизајнот на резонаторската празнина мора да исполнува одредени услови, како на пример да се обезбеди фотоните да формираат стоечки бранови во внатрешноста на празнината. Ова бара должината на празнината да биде повеќекратна од брановата должина на ласерот. Само светлосните бранови што ги исполнуваат овие услови можат ефикасно да се засилат во внатрешноста на празнината.
Излезен зракДелумно рефлектирачкото огледало дозволува дел од засилениот светлосен зрак да помине низ него, 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 Фуронг 3-ти пат, округ Сишан Вукси, 214000, Кина
Тел: + 86-0510 87381808.
Мобилен: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-страница: www.lumispot-tech.com
Време на објавување: 18 септември 2024 година