Abonējiet mūsu sociālos medijus, lai saņemtu uzvedni
Lāzeri, mūsdienu tehnoloģiju stūrakmens, ir tikpat aizraujoši, cik tie ir sarežģīti. Viņu sirdī slēpjas simfonija par komponentiem, kas strādā vienbalsīgi, lai iegūtu koherentu, pastiprinātu gaismu. Šis emuārs iedziļinās šo komponentu sarežģītībā, ko atbalsta zinātniski principi un vienādojumi, lai sniegtu dziļāku izpratni par lāzera tehnoloģiju.
Papildu ieskats lāzera sistēmas komponentos: tehniskā perspektīva profesionāļiem
| Komponents | Darbība | Piemēri |
| Iegūt vidēju | Gainvars ir materiāls lāzerā, ko izmanto gaismas pastiprināšanai. Tas atvieglo gaismas pastiprināšanu, izmantojot populācijas inversijas procesu un stimulēja emisiju. Gain barotnes izvēle nosaka lāzera radiācijas īpašības. | Cieta stāvokļa lāzeri: EG, ND: YAG (neodīma leģēts Yttium alumīnija granāts), ko izmanto medicīniskos un rūpnieciskos lietojumos.Gāzes lāzeri: Piemēram, CO2 lāzeri, ko izmanto griešanai un metināšanai.Pusvadītāju lāzeri:Piemēram, lāzera diodes, ko izmanto optikas šķiedru komunikācijā un lāzera rādītājos. |
| Sūknēšanas avots | Sūknēšanas avots nodrošina enerģiju ieguvuma barotnei, lai sasniegtu iedzīvotāju skaita inversiju (enerģijas avots populācijas apgriezieniem), ļaujot darboties ar lāzeru. | Optiskā sūknēšana: Izmantojot intensīvus gaismas avotus, piemēram, flashlamps, lai sūknētu cietvielu lāzerus.Elektriskā sūknēšana: Aizrauj gāzes lāzerus caur elektrisko strāvu.Pusvadītāju sūknēšana: Lāzera diožu izmantošana cietā stāvokļa lāzera barotnei. |
| Optiskais dobums | Optiskais dobums, kas sastāv no diviem spoguļiem, atspoguļo gaismu, lai palielinātu gaismas ceļa garumu pastiprināšanas vidē, tādējādi uzlabojot gaismas pastiprināšanu. Tas nodrošina atgriezeniskās saites mehānismu lāzera pastiprināšanai, izvēloties gaismas spektrālās un telpiskās īpašības. | Plānā plāna dobums: Izmanto laboratorijas pētījumos, vienkārša struktūra.Planārā-kapavieta dobums: Bieži sastopami rūpnieciskos lāzeros, nodrošina augstas kvalitātes starus. Gredzena dobums: Izmanto īpašos gredzenu lāzeru dizainos, piemēram, gredzenu gāzes lāzeros. |
Pastiprināšanas līdzeklis: kvantu mehānikas un optiskās inženierijas saikne
Kvantu dinamika pastiprināšanas vidē
Pasaules barotne ir vieta, kur notiek gaismas pastiprināšanas pamatprocess - parādība, kas dziļi sakņojas kvantu mehānikā. Mijiedarbību starp enerģijas stāvokļiem un daļiņām barotnē regulē stimulētās emisijas un populācijas apvērsuma principi. Kritisko saistību starp gaismas intensitāti (I), sākotnējo intensitāti (I0), pārejas šķērsgriezumu (σ21) un daļiņu skaitu divos enerģijas līmeņos (N2 un N1) ir aprakstīts ar vienādojumu I = i0e^(σ21 (n2-n1) l). Iedzīvotāju inversijas sasniegšana, kur N2> N1 ir būtiska pastiprināšanai un ir lāzera fizikas stūrakmens [1].
Trīs līmeņu un četru līmeņu sistēmas
Praktiskā lāzera dizainā parasti izmanto trīs līmeņu un četru līmeņu sistēmas. Trīs līmeņu sistēmām, kaut arī vienkāršākai, ir nepieciešams vairāk enerģijas, lai sasniegtu iedzīvotāju skaitu, jo zemāks lāzera līmenis ir zemes stāvoklis. No otras puses, četru līmeņu sistēmas piedāvā efektīvāku ceļu uz iedzīvotāju skaita inversiju, pateicoties straujai neradiatīvai sabrukšanai no augstāka enerģijas līmeņa, padarot tās izplatītākas mūsdienu lāzera lietojumprogrammās [2].
Is Erbium leģēts stiklsGADU MEDIJA?
Jā, erbium leģēts stikls patiešām ir lāzera sistēmās izmantotais pastiprināšanas barotnes veids. Šajā kontekstā "dopings" attiecas uz noteikta daudzuma erbija jonu (er³⁺) pievienošanas procesu stiklam. Erbijs ir retzemju elements, kas, iestrādājot stikla saimniecībā, var efektīvi pastiprināt gaismu, izmantojot stimulētu emisiju, kas ir lāzera darbības pamatprocess.
Erbium leģēts stikls ir īpaši ievērojams ar to izmantošanu šķiedru lāzeros un šķiedru pastiprinātājos, īpaši telekomunikāciju nozarē. Tas ir labi piemērots šīm lietojumprogrammām, jo tas efektīvi pastiprina gaismu pie viļņu garuma ap 1550 nm, kas ir galvenais optisko šķiedru sakaru viļņa garums, pateicoties zemiem standarta silīcija šķiedrām zaudējumiem.
Līdzerbijsjoni absorbē sūkņa gaismu (bieži no alāzera diode) un ir satraukti par augstākas enerģijas stāvokļiem. Atgriežoties zemākā enerģijas stāvoklī, viņi izstaro fotonus lasing viļņa garumā, veicinot lāzera procesu. Tas padara erbium leģētu stiklu par efektīvu un plaši izmantotu pastiprināšanas vidi dažādos lāzera un pastiprinātāja dizainos.
Saistītie emuāri: Ziņas - Erbium leģēts stikls: zinātne un lietojumprogrammas
Sūknēšanas mehānismi: lāzeru virzītājspēks
Dažādas pieejas iedzīvotāju inversijas sasniegšanai
Sūknēšanas mehānisma izvēle ir galvenā lāzera projektēšanā, ietekmējot visu, sākot no efektivitātes līdz izejas viļņa garumam. Optiskā sūknēšana, izmantojot ārējos gaismas avotus, piemēram, flashlampus vai citus lāzerus, ir izplatīta cietvielu un krāsvielu lāzeros. Elektriskās izlādes metodes parasti izmanto gāzes lāzeros, savukārt pusvadītāju lāzeri bieži izmanto elektronu injekciju. Šo sūknēšanas mehānismu efektivitāte, jo īpaši diožu sūknēto cietvielu lāzeros, ir bijusi nozīmīga neseno pētījumu uzmanības centrā, piedāvājot augstāku efektivitāti un kompaktumu [3].
Tehniski apsvērumi sūknēšanas efektivitātes jomā
Sūknēšanas procesa efektivitāte ir kritisks lāzera dizaina aspekts, kas ietekmē vispārējo veiktspēju un pielietojamību. Cietā stāvokļa lāzeros izvēle starp flashlampiem un lāzera diodēm kā sūkņa avotu var ievērojami ietekmēt sistēmas efektivitāti, termisko slodzi un staru kūļa kvalitāti. Lielas jaudas, augstas efektivitātes lāzera diodes izstrāde ir mainījusi DPSS lāzera sistēmas, kas ļauj kompaktiem un efektīvākiem dizainparaugiem [4].
Optiskais dobums: lāzera staru inženierija
Dobuma dizains: līdzsvarojošs fizikas un inženierzinātņu akts
Optiskais dobums vai rezonators nav tikai pasīvs komponents, bet gan aktīvs dalībnieks lāzera staru veidošanā. Dobuma dizainam, ieskaitot spoguļu izliekumu un izlīdzināšanu, ir izšķiroša loma lāzera stabilitātes, režīma struktūras un izvades noteikšanā. Dobumam jābūt izstrādātam, lai uzlabotu optisko pieaugumu, vienlaikus samazinot zaudējumus, izaicinājums, kas apvieno optisko inženieriju ar viļņu optiku5.
Svārstību apstākļi un režīma izvēle
Lai notiktu lāzera svārstības, barotnes nodrošinātajam ieguvumam jāpārsniedz zaudējumi dobumā. Šis nosacījums kopā ar prasību pēc koherenta viļņu superpozīcijas nosaka, ka tiek atbalstīti tikai daži garenvirziena režīmi. Režīma atstatumu un kopējo režīma struktūru ietekmē dobuma fiziskais garums un pastiprinājuma barotnes refrakcijas indekss [6].
Secinājums
Lāzera sistēmu dizains un darbība ietver plašu fizikas un inženiertehnisko principu spektru. Sākot ar kvantu mehāniku, kas regulē pastiprināšanas vidi un beidzot ar sarežģītu optiskā dobuma inženieriju, katrai lāzera sistēmas sastāvdaļai ir būtiska loma tās vispārējā funkcionalitātē. Šis raksts ir sniedzis ieskatu sarežģītajā lāzera tehnoloģijas pasaulē, piedāvājot ieskatu, kas rezonē ar progresīvo izpratni par profesoriem un optiskajiem inženieriem šajā jomā.
Atsauces
- 1. Siegman, AE (1986). Lāzeri. Universitātes zinātnes grāmatas.
- 2. Svelto, O. (2010). Lāzeru principi. Springers.
- 3. Koechner, W. (2006). Cietvielu lāzera inženierija. Springers.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diodes sūknētie cietvielu lāzeri. Lāzera tehnoloģijas un lietojumprogrammu rokasgrāmatā (III sējums). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Lāzera fizika. Vailija.
- 6. Silfvast, WT (2004). Lāzera pamati. Cambridge University Press.
Pasta laiks: 27.-2023. Novembris