Lāzera darbības pamatprincips (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ir balstīts uz stimulētas gaismas emisijas fenomenu. Izmantojot virkni precīzu dizainu un struktūru, lāzeri ģenerē starus ar augstu koherenci, monohromatitāti un spilgtumu. Lāzeri tiek plaši izmantoti mūsdienu tehnoloģijās, tostarp tādās jomās kā komunikācija, medicīna, ražošana, mērījumi un zinātniskie pētījumi. To augstā efektivitāte un precīzās vadības īpašības padara tos par daudzu tehnoloģiju galveno sastāvdaļu. Zemāk ir detalizēts skaidrojums par lāzeru darbības principiem un dažāda veida lāzeru mehānismiem.
1. Stimulētā emisija
Stimulētā emisijair lāzera ģenerēšanas pamatprincips, ko Einšteins pirmo reizi ierosināja 1917. gadā. Šī parādība apraksta, kā gaismas un ierosinātā stāvokļa matērijas mijiedarbības rezultātā veidojas saskaņotāki fotoni. Lai labāk izprastu stimulēto emisiju, sāksim ar spontānu emisiju:
Spontāna emisija: Atomos, molekulās vai citās mikroskopiskās daļiņās elektroni var absorbēt ārējo enerģiju (piemēram, elektrisko vai optisko enerģiju) un pāriet uz augstāku enerģijas līmeni, ko sauc par ierosināto stāvokli. Tomēr ierosinātā stāvokļa elektroni ir nestabili un pēc neilga laika atgriezīsies zemākā enerģijas līmenī, kas pazīstams kā pamata stāvoklis. Šī procesa laikā elektrons atbrīvo fotonu, kas ir spontāna emisija. Šādi fotoni ir nejauši frekvences, fāzes un virziena ziņā, un tāpēc tiem trūkst saskaņotības.
Stimulētā emisija: Stimulētās emisijas atslēga ir tāda, ka tad, kad ierosinātā stāvokļa elektrons sastopas ar fotonu ar enerģiju, kas atbilst tā pārejas enerģijai, fotons var mudināt elektronu atgriezties pamatstāvoklī, vienlaikus atbrīvojot jaunu fotonu. Jaunais fotons ir identisks sākotnējam pēc frekvences, fāzes un izplatīšanās virziena, kā rezultātā veidojas koherenta gaisma. Šī parādība ievērojami pastiprina fotonu skaitu un enerģiju un ir lāzeru galvenais mehānisms.
Stimulētās emisijas pozitīvās atsauksmes: Lāzeru konstrukcijā stimulētās emisijas process tiek atkārtots vairākas reizes, un šis pozitīvās atgriezeniskās saites efekts var eksponenciāli palielināt fotonu skaitu. Ar rezonanses dobuma palīdzību tiek uzturēta fotonu koherence, nepārtraukti tiek palielināta gaismas stara intensitāte.
2. Iegūt vidēju
Theiegūt vidējuir lāzera kodola materiāls, kas nosaka fotonu pastiprināšanu un lāzera izvadi. Tas ir stimulētās emisijas fiziskais pamats, un tā īpašības nosaka lāzera frekvenci, viļņa garumu un izejas jaudu. Pastiprināšanas vides veids un īpašības tieši ietekmē lāzera pielietojumu un veiktspēju.
Uzbudinājuma mehānisms: Elektroni pastiprināšanas vidē ir jāierosina līdz augstākam enerģijas līmenim ar ārēju enerģijas avotu. Šo procesu parasti panāk ar ārējām energoapgādes sistēmām. Parastie ierosmes mehānismi ietver:
Elektriskā sūknēšana: elektronu ierosināšana pastiprināšanas vidē, pieliekot elektrisko strāvu.
Optiskā sūknēšana: vides ierosināšana ar gaismas avotu (piemēram, zibspuldzi vai citu lāzeru).
Enerģijas līmeņu sistēma: Elektroni pastiprināšanas vidē parasti ir sadalīti noteiktos enerģijas līmeņos. Visizplatītākie irdivu līmeņu sistēmasunčetru līmeņu sistēmas. Vienkāršā divu līmeņu sistēmā elektroni pāriet no pamata stāvokļa uz ierosināto stāvokli un pēc tam atgriežas pamatstāvoklī, izmantojot stimulētu emisiju. Četru līmeņu sistēmā elektroni iziet sarežģītākas pārejas starp dažādiem enerģijas līmeņiem, kas bieži vien rada augstāku efektivitāti.
Gain Media veidi:
Vidējs gāzes pastiprinājums: Piemēram, hēlija-neona (He-Ne) lāzeri. Gāzes pastiprināšanas līdzekļi ir pazīstami ar stabilu izvadi un fiksētu viļņa garumu, un tos plaši izmanto kā standarta gaismas avotus laboratorijās.
Liquid Gain Vidēja: Piemēram, krāsu lāzeri. Krāsvielu molekulām ir labas ierosmes īpašības dažādos viļņu garumos, tāpēc tās ir ideāli piemērotas noskaņojamiem lāzeriem.
Ciets pastiprinājuma vidējs: Piemēram, Nd (ar neodīma leģētu itrija alumīnija granātu) lāzeri. Šie lāzeri ir ļoti efektīvi un jaudīgi, un tos plaši izmanto rūpnieciskajā griešanā, metināšanā un medicīnā.
Pusvadītāju pastiprinājuma vidējais: Piemēram, gallija arsenīda (GaAs) materiāli tiek plaši izmantoti sakaru un optoelektroniskās ierīcēs, piemēram, lāzerdiodēs.
3. Rezonatora dobums
Therezonatora dobumsir lāzera strukturāla sastāvdaļa, ko izmanto atgriezeniskajai saitei un pastiprināšanai. Tās galvenā funkcija ir palielināt stimulētās emisijas radīto fotonu skaitu, atspoguļojot un pastiprinot tos dobumā, tādējādi radot spēcīgu un fokusētu lāzera izvadi.
Rezonatora dobuma uzbūve: Tas parasti sastāv no diviem paralēliem spoguļiem. Viens ir pilnībā atstarojošs spogulis, kas pazīstams kāaizmugurējais spogulis, bet otrs ir daļēji atstarojošs spogulis, kas pazīstams kāizvades spogulis. Fotoni atstarojas uz priekšu un atpakaļ dobumā un tiek pastiprināti, mijiedarbojoties ar pastiprināšanas vidi.
Rezonanses stāvoklis: Rezonatora dobuma konstrukcijai jāatbilst noteiktiem nosacījumiem, piemēram, jānodrošina, lai fotoni dobumā veidotu stāvviļņus. Tam nepieciešams, lai dobuma garums būtu lāzera viļņa garuma daudzkārtnis. Dobumā var efektīvi pastiprināt tikai gaismas viļņus, kas atbilst šiem nosacījumiem.
Izvades stars: Daļēji atstarojošais spogulis ļauj iziet cauri daļai no pastiprinātā gaismas stara, veidojot lāzera izejas staru. Šim staram ir augsta virziena, saskaņotība un vienkrāsainība.
Ja vēlaties uzzināt vairāk vai interesējas par lāzeriem, lūdzu, sazinieties ar mums:
Lumispot
Adrese: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Ķīna
Tālr.: + 86-0510 87381808.
Mobilais tālrunis: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Vietne: www.lumispot-tech.com
Izlikšanas laiks: 18. septembris 2024. gada laikā