Abonējiet mūsu sociālos tīklus, lai saņemtu tūlītējus ierakstus
Lāzeri, mūsdienu tehnoloģiju stūrakmens, ir tikpat aizraujoši, cik sarežģīti. To pamatā ir komponentu simfonija, kas darbojas saskaņoti, lai radītu koherentu, pastiprinātu gaismu. Šajā emuāra ierakstā, pamatojoties uz zinātniskiem principiem un vienādojumiem, tiek iedziļināti šo komponentu sarežģītībā, lai sniegtu dziļāku izpratni par lāzertehnoloģiju.
Padziļināta ieskata lāzersistēmu komponentos: tehnisks skatījums profesionāļiem
| Komponents | Funkcija | Piemēri |
| Vidēja pastiprinājuma | Pastiprināšanas vide ir lāzera materiāls, ko izmanto gaismas pastiprināšanai. Tā veicina gaismas pastiprināšanu, izmantojot populācijas inversijas un stimulētas emisijas procesu. Pastiprināšanas vides izvēle nosaka lāzera starojuma raksturlielumus. | Cietvielu lāzeripiem., Nd:YAG (ar neodīmu leģēts itrija alumīnija granāts), ko izmanto medicīnā un rūpniecībā.Gāzes lāzeripiemēram, CO2 lāzeri, ko izmanto griešanai un metināšanai.Pusvadītāju lāzeri:piemēram, lāzerdiodes, ko izmanto optiskās šķiedras sakaros un lāzera rādītājos. |
| Sūknēšanas avots | Sūknēšanas avots nodrošina enerģiju pastiprināšanas videi, lai panāktu populācijas inversiju (enerģijas avots populācijas inversijai), nodrošinot lāzera darbību. | Optiskā sūknēšanaIzmantojot intensīvus gaismas avotus, piemēram, zibspuldzes, lai darbinātu cietvielu lāzerus.Elektriskā sūknēšanaGāzes ierosināšana gāzes lāzeros ar elektrisko strāvu.Pusvadītāju sūknēšanaIzmantojot lāzerdiodes, lai sūknētu cietvielu lāzera vidi. |
| Optiskā dobuma | Optiskā rezonatora, kas sastāv no diviem spoguļiem, atstaro gaismu, palielinot gaismas ceļa garumu pastiprināšanas vidē, tādējādi uzlabojot gaismas pastiprināšanu. Tas nodrošina atgriezeniskās saites mehānismu lāzera pastiprināšanai, izvēloties gaismas spektrālās un telpiskās īpašības. | Plakanā-plaknes dobumsIzmanto laboratorijas pētījumos, vienkārša struktūra.Plakaniski ieliekta dobumaIzplatīts rūpnieciskajos lāzeros, nodrošina augstas kvalitātes starus. Gredzena dobumsIzmanto īpašos gredzenveida lāzeru dizainos, piemēram, gredzenveida gāzes lāzeros. |
Pastiprinājuma vide: kvantu mehānikas un optiskās inženierijas saikne
Kvantu dinamika pastiprinājuma vidē
Pastiprināšanas vidē notiek gaismas pastiprināšanas pamatprocess — parādība, kas dziļi sakņojas kvantu mehānikā. Enerģijas stāvokļu un daļiņu mijiedarbību vidē nosaka stimulētās emisijas un populācijas inversijas principi. Kritisko attiecību starp gaismas intensitāti (I), sākotnējo intensitāti (I0), pārejas šķērsgriezumu (σ21) un daļiņu skaitu divos enerģijas līmeņos (N2 un N1) apraksta vienādojums I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Populācijas inversijas sasniegšana, kur N2 > N1, ir būtiska pastiprināšanai un ir lāzerfizikas stūrakmens.1].
Trīs līmeņu un četru līmeņu sistēmas
Praktiskajās lāzeru konstrukcijās parasti tiek izmantotas trīs līmeņu un četru līmeņu sistēmas. Trīs līmeņu sistēmas, lai arī vienkāršākas, prasa vairāk enerģijas, lai panāktu populācijas inversiju, jo zemākais lāzera līmenis ir pamatstāvoklis. Savukārt četru līmeņu sistēmas piedāvā efektīvāku populācijas inversijas ceļu, pateicoties straujai neradiatīvai sabrukšanai no augstāka enerģijas līmeņa, padarot tās izplatītākas mūsdienu lāzeru pielietojumos.2].
Is Erbija leģēts stiklsieguves līdzeklis?
Jā, ar erbiju leģēts stikls patiešām ir pastiprināšanas vides veids, ko izmanto lāzersistēmās. Šajā kontekstā "leģēšana" attiecas uz procesu, kurā stiklam pievieno noteiktu daudzumu erbija jonu (Er³⁺). Erbijs ir retzemju elements, kas, iekļauts stikla pamatelementā, var efektīvi pastiprināt gaismu, izmantojot stimulētu emisiju, kas ir lāzera darbības pamatprocess.
Erbija piedevu saturošs stikls ir īpaši ievērojams ar tā izmantošanu šķiedru lāzeros un šķiedru pastiprinātājos, īpaši telekomunikāciju nozarē. Tas ir labi piemērots šiem lietojumiem, jo tas efektīvi pastiprina gaismu viļņu garumā aptuveni 1550 nm, kas ir galvenais viļņu garums optisko šķiedru sakaros, pateicoties tā zemajiem zudumiem standarta silīcija dioksīda šķiedrās.
Theerbijsjoni absorbē sūkņa gaismu (bieži vien nolāzera diode) un tiek ierosināti augstākas enerģijas stāvokļos. Kad tie atgriežas zemākas enerģijas stāvoklī, tie emitē fotonus lāzera viļņa garumā, veicinot lāzera procesu. Tas padara ar erbiju leģētu stiklu par efektīvu un plaši izmantotu pastiprināšanas vidi dažādos lāzeru un pastiprinātāju dizainos.
Saistītie emuāri: Ziņas — ar erbiju leģēts stikls: zinātne un pielietojumi
Sūknēšanas mehānismi: lāzeru virzītājspēks
Dažādas pieejas iedzīvotāju inversijas sasniegšanai
Sūknēšanas mehānisma izvēle ir izšķiroša lāzera konstrukcijā, ietekmējot visu, sākot no efektivitātes līdz izejas viļņa garumam. Optiskā sūknēšana, izmantojot ārējos gaismas avotus, piemēram, zibspuldzes vai citus lāzerus, ir izplatīta cietvielu un krāsu lāzeros. Elektriskās izlādes metodes parasti izmanto gāzes lāzeros, savukārt pusvadītāju lāzeros bieži tiek izmantota elektronu injekcija. Šo sūknēšanas mehānismu efektivitāte, jo īpaši diodes sūknētos cietvielu lāzeros, ir bijusi nozīmīga jaunāko pētījumu uzmanības centrā, piedāvājot augstāku efektivitāti un kompaktumu.3].
Sūknēšanas efektivitātes tehniskie apsvērumi
Sūknēšanas procesa efektivitāte ir kritisks lāzera konstrukcijas aspekts, kas ietekmē kopējo veiktspēju un piemērotību pielietojumam. Cietvielu lāzeros izvēle starp zibspuldzēm un lāzerdiodēm kā sūknēšanas avotu var būtiski ietekmēt sistēmas efektivitāti, termisko slodzi un stara kvalitāti. Augstas jaudas, augstas efektivitātes lāzerdiožu izstrāde ir revolucionizējusi DPSS lāzersistēmas, ļaujot izveidot kompaktākas un efektīvākas konstrukcijas.4].
Optiskā rezonatore: lāzera stara inženierija
Dobuma dizains: fizikas un inženierzinātņu līdzsvarošanas akts
Optiskā rezonatora forma nav tikai pasīva sastāvdaļa, bet gan aktīvs dalībnieks lāzera stara veidošanā. Rezidences konstrukcijai, tostarp spoguļu izliekumam un izlīdzinājumam, ir izšķiroša nozīme lāzera stabilitātes, režīma struktūras un jaudas noteikšanā. Rezidencei jābūt projektētai tā, lai palielinātu optisko pastiprinājumu, vienlaikus samazinot zudumus, un šis izaicinājums apvieno optisko inženieriju ar viļņu optiku.5.
Svārstību apstākļi un režīma izvēle
Lai notiktu lāzera svārstības, vides nodrošinātajam pastiprinājumam ir jāpārsniedz zudumi rezonatorā. Šis nosacījums apvienojumā ar koherentu viļņu superpozīcijas prasību nosaka, ka tiek atbalstīti tikai noteikti gareniskie režīmi. Režīmu atstarpi un kopējo režīmu struktūru ietekmē rezonatora fiziskais garums un pastiprinājuma vides refrakcijas indekss.6].
Secinājums
Lāzerisistēmu projektēšana un darbība aptver plašu fizikas un inženiertehnisko principu spektru. Sākot ar kvantu mehāniku, kas regulē pastiprināšanas vidi, līdz pat sarežģītajai optiskās rezomācijas inženierijai, katrai lāzersistēmas sastāvdaļai ir būtiska loma tās kopējā funkcionalitātē. Šis raksts ir sniedzis ieskatu sarežģītajā lāzertehnoloģiju pasaulē, piedāvājot atziņas, kas saskan ar šīs jomas profesoru un optikas inženieru padziļināto izpratni.
Atsauces
- 1. Zigmens, AE (1986). Lāzeri. Universitātes zinātnes grāmatas.
- 2. Svelto, O. (2010). Lāzeru principi. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Cietvielu lāzertehnika. Springer.
- 4. Piper, JA, un Mildren, RP (2014). Ar diodēm sūknēti cietvielu lāzeri. Lāzertehnoloģiju un pielietojumu rokasgrāmatā (III sējums). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, un Eberly, JH (2010). Lāzeru fizika. Wiley.
- 6. Silfvasts, WT (2004). Lāzeru pamati. Kembridžas Universitātes izdevniecība.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 27. novembris