Abonējiet mūsu sociālo mediju, lai saņemtu tūlītēju ziņu
Lāzeri, mūsdienu tehnoloģiju stūrakmens, ir tikpat aizraujoši, kā sarežģīti. Viņu sirdī ir komponentu simfonija, kas darbojas unisonā, lai radītu saskaņotu, pastiprinātu gaismu. Šis emuārs iedziļinās šo komponentu sarežģītībā, ko atbalsta zinātniski principi un vienādojumi, lai sniegtu dziļāku izpratni par lāzertehnoloģiju.
Uzlabots ieskats lāzera sistēmas komponentos: tehniska perspektīva profesionāļiem
| Komponents | Funkcija | Piemēri |
| Iegūt vidēju | Pastiprināšanas vide ir materiāls lāzerā, ko izmanto gaismas pastiprināšanai. Tas atvieglo gaismas pastiprināšanu, izmantojot populācijas inversijas un stimulētās emisijas procesu. Pastiprināšanas vides izvēle nosaka lāzera starojuma īpašības. | Cietvielu lāzeri: piemēram, Nd:YAG (ar neodīmu leģēts itrija alumīnija granāts), ko izmanto medicīnā un rūpniecībā.Gāzes lāzeri: piemēram, CO2 lāzeri, ko izmanto griešanai un metināšanai.Pusvadītāju lāzeri:piemēram, lāzera diodes, ko izmanto šķiedru optikas sakaros un lāzera norādes. |
| Sūknēšanas avots | Sūknēšanas avots nodrošina enerģiju pastiprinošajai videi, lai panāktu populācijas inversiju (enerģijas avots populācijas inversijai), nodrošinot lāzera darbību. | Optiskā sūknēšana: intensīvu gaismas avotu, piemēram, zibspuldzes, izmantošana cietvielu lāzeru sūknēšanai.Elektriskā sūknēšana: Gāzes ierosināšana gāzes lāzeros ar elektrisko strāvu.Pusvadītāju sūknēšana: lāzera diožu izmantošana cietvielu lāzera barotnes sūknēšanai. |
| Optiskais dobums | Optiskais dobums, kas sastāv no diviem spoguļiem, atstaro 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. | Planar-Planar Cavity: Izmanto laboratorijas pētījumos, vienkārša uzbūve.Plakni ieliekts dobums: Izplatīts rūpnieciskajos lāzeros, nodrošina augstas kvalitātes starus. Gredzena dobums: izmanto īpašos gredzenveida lāzeru projektos, piemēram, gredzenveida gāzes lāzeros. |
Ieguves līdzeklis: kvantu mehānikas un optiskās inženierijas saikne
Kvantu dinamika pastiprinājuma vidē
Pastiprināšanas vidē notiek galvenais gaismas pastiprināšanas process, kas ir dziļi iesakņojusies kvantu mehānikā. Enerģijas stāvokļu un daļiņu mijiedarbību vidē regulē 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 ar vienādojumu 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
Praktiskajos lāzeru projektos parasti tiek izmantotas trīs un četru līmeņu sistēmas. Lai arī trīs līmeņu sistēmas ir vienkāršākas, tām ir nepieciešams vairāk enerģijas, lai panāktu populācijas inversiju, jo zemākais lāzera līmenis ir pamata stāvoklis. No otras puses, četru līmeņu sistēmas piedāvā efektīvāku ceļu uz iedzīvotāju inversiju, jo no augstāka enerģijas līmeņa notiek strauja neradiācijas samazināšanās, padarot tās vairāk izplatītas mūsdienu lāzera lietojumos[2].
Is Ar erbiju leģēts stiklspastiprināšanas līdzeklis?
Jā, ar erbiju leģēts stikls patiešām ir pastiprināšanas līdzeklis, ko izmanto lāzersistēmās. Šajā kontekstā "dopings" attiecas uz procesu, kurā stiklam tiek pievienots noteikts daudzums erbija jonu (Er³⁺). Erbijs ir retzemju elements, kas, iestrādājot stikla korpusā, var efektīvi pastiprināt gaismu, izmantojot stimulētu emisiju, kas ir būtisks lāzera darbības process.
Ar erbiju leģēts 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 pie viļņu garumiem, kas ir aptuveni 1550 nm, kas ir galvenais optisko šķiedru sakaru viļņa garums, jo standarta silīcija šķiedrās ir mazs zudums.
Theerbijsjoni absorbē sūkņa gaismu (bieži vien no alāzera diode) un ir satraukti par augstākas enerģijas stāvokļiem. Kad tie atgriežas zemākas enerģijas stāvoklī, tie izstaro fotonus lāzera viļņa garumā, veicinot lāzera procesu. Tas padara ar erbiju leģētu stiklu par efektīvu un plaši izmantotu pastiprināšanas līdzekli dažādos lāzeru un pastiprinātāju dizainos.
Saistītie emuāri: Jaunumi — ar erbiju leģēts stikls: zinātne un lietojumi
Sūknēšanas mehānismi: lāzeru dzinējspēks
Daudzveidīgas pieejas iedzīvotāju skaita inversijas sasniegšanai
Sūknēšanas mehānisma izvēlei ir izšķiroša nozīme lāzera dizainā, kas ietekmē visu, sākot no efektivitātes līdz izejas viļņa garumam. Optiskā sūknēšana, izmantojot ārējos gaismas avotus, piemēram, zibspuldzes vai citus lāzerus, ir izplatīta cietvielu un krāsvielu lāzeros. Elektriskās izlādes metodes parasti izmanto gāzes lāzeros, savukārt pusvadītāju lāzeros bieži izmanto elektronu iesmidzināšanu. Šo sūknēšanas mehānismu efektivitāte, jo īpaši ar diodes sūknējamiem cietvielu lāzeriem, ir bijusi nozīmīga jaunāko pētījumu uzmanības centrā, piedāvājot augstāku efektivitāti un kompaktumu[3].
Sūknēšanas efektivitātes tehniskie apsvērumi
Sūknēšanas procesa efektivitāte ir būtisks lāzera dizaina aspekts, kas ietekmē vispārējo veiktspēju un piemērotību lietošanai. Cietvielu lāzeros izvēle starp zibspuldzēm un lāzerdiodēm kā sūkņa avotu var būtiski ietekmēt sistēmas efektivitāti, termisko slodzi un stara kvalitāti. Lieljaudas, augstas efektivitātes lāzerdiožu izstrāde ir mainījusi DPSS lāzeru sistēmas, ļaujot izveidot kompaktākus un efektīvākus dizainus[4].
Optiskais dobums: lāzera stara izstrāde
Dobuma dizains: fizikas un inženierijas līdzsvarošanas akts
Optiskais dobums jeb rezonators ir ne tikai pasīva sastāvdaļa, bet arī aktīvs lāzera stara veidošanas dalībnieks. Dobuma konstrukcijai, tostarp spoguļu izliekumam un izlīdzināšanai, ir izšķiroša nozīme lāzera stabilitātes, režīma struktūras un izejas noteikšanā. Dobumam jābūt veidotam tā, lai uzlabotu optisko pastiprinājumu, vienlaikus samazinot zudumus, kas apvieno optisko inženieriju ar viļņu optiku.5.
Svārstību apstākļi un režīma izvēle
Lai notiktu lāzera svārstības, barotnes nodrošinātajam pieaugumam ir jāpārsniedz zudumi dobumā. Šis nosacījums kopā ar prasību pēc saskaņotas viļņu superpozīcijas nosaka, ka tiek atbalstīti tikai daži gareniskie režīmi. Režīmu atstatumu un kopējo režīma struktūru ietekmē dobuma fiziskais garums un pastiprinājuma vides refrakcijas indekss [6].
Secinājums
Lāzeru sistēmu projektēšana un darbība ietver plašu fizikas un inženiertehnisko principu spektru. No kvantu mehānikas, kas regulē pastiprināšanas vidi, līdz sarežģītai optiskā dobuma inženierijai, katrai lāzera sistēmas sastāvdaļai ir būtiska nozīme tās vispārējā funkcionalitātē. Šis raksts ir sniedzis ieskatu sarežģītajā lāzertehnoloģiju pasaulē, piedāvājot ieskatu, kas sasaucas ar profesoru un optisko inženieru progresīvo izpratni šajā jomā.
Atsauces
- 1. Zigmens, AE (1986). Lāzeri. Universitātes zinātnes grāmatas.
- 2. Svelto, O. (2010). Lāzeru darbības principi. Springeris.
- 3. Koechner, W. (2006). Cietvielu lāzeru inženierija. Springeris.
- 4. Piper, JA un Mildren, RP (2014). Diodes sūknējamie cietvielu lāzeri. In Handbook of Laser Technology and Applications (Vol. III). CRC Prese.
- 5. Milonni, PW un Eberly, JH (2010). Lāzera fizika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Lāzera pamati. Cambridge University Press.
Publicēšanas laiks: 27. novembris 2023