Lāzera (gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju) pamatprincips ir balstīts uz stimulētas gaismas emisijas fenomenu. Pateicoties virknei precīzu konstrukciju un struktūru, lāzeri ģenerē starus ar augstu koherenci, monohromatiskumu un spilgtumu. Lāzeri tiek plaši izmantoti mūsdienu tehnoloģijās, tostarp tādās jomās kā komunikācija, medicīna, ražošana, mērīšana un zinātniskā pētniecība. To augstā efektivitāte un precīzās vadības īpašības padara tos par daudzu tehnoloģiju galveno sastāvdaļu. Zemāk ir sniegts detalizēts lāzeru darbības principu un dažādu lāzeru veidu mehānismu skaidrojums.
1. Stimulētā emisija
Stimulētā emisijair lāzera ģenerēšanas pamatprincips, ko pirmo reizi ierosināja Einšteins 1917. gadā. Šī parādība apraksta, kā gaismas un ierosinātā stāvokļa matērijas mijiedarbībā rodas koherentāki fotoni. Lai labāk izprastu stimulēto emisiju, sāksim ar spontāno emisiju:
Spontāna emisijaAtomos, molekulās vai citās mikroskopiskās daļiņās elektroni var absorbēt ārēju enerģiju (piemēram, elektrisko vai optisko enerģiju) un pāriet uz augstāku enerģijas līmeni, kas pazīstams kā ierosinātais stāvoklis. Tomēr ierosinātā stāvokļa elektroni ir nestabili un pēc īsa laika perioda atgriežas zemākā enerģijas līmenī, kas pazīstams kā pamatstāvoklis. Šī procesa laikā elektrons izdala fotonu, kas ir spontāna emisija. Šādi fotoni ir nejauši frekvences, fāzes un virziena ziņā, un tāpēc tiem trūkst koherences.
Stimulētā emisijaStimulētās emisijas būtība ir tāda, ka, kad ierosinātā stāvokļa elektrons sastopas ar fotonu, kura enerģija atbilst tā pārejas enerģijai, fotons var pamudināt elektronu atgriezties pamatstāvoklī, vienlaikus atbrīvojot jaunu fotonu. Jaunais fotons ir identisks sākotnējam fotonam frekvences, fāzes un izplatīšanās virziena ziņā, kā rezultātā rodas koherenta gaisma. Šī parādība ievērojami pastiprina fotonu skaitu un enerģiju, un tā ir lāzeru pamatmehānisms.
Stimulētās emisijas pozitīvās atgriezeniskās saites efektsLāzeru konstrukcijā stimulētās emisijas process tiek atkārtots vairākas reizes, un šis pozitīvais atgriezeniskās saites efekts var eksponenciāli palielināt fotonu skaitu. Ar rezonanses rezonatora palīdzību tiek saglabāta fotonu koherence un nepārtraukti palielināta gaismas stara intensitāte.
2. Iegūstiet vidēju
Theiegūt vidējuir lāzera kodolmateriāls, kas nosaka fotonu pastiprināšanu un lāzera izejas jaudu. Tas ir fizikālais pamats stimulētajai emisijai, un tā īpašības nosaka lāzera frekvenci, viļņa garumu un izejas jaudu. Pastiprināšanas vides veids un raksturlielumi tieši ietekmē lāzera pielietojumu un veiktspēju.
Ierosmes mehānismsElektroni pastiprināšanas vidē ir jāierosina līdz augstākam enerģijas līmenim, izmantojot ārēju enerģijas avotu. Šo procesu parasti panāk ar ārējām enerģijas piegādes sistēmām. Bieži sastopamie ierosināšanas mehānismi ietver:
Elektriskā sūknēšanaElektronu ierosināšana pastiprināšanas vidē, pieliekot elektrisko strāvu.
Optiskā sūknēšanaVides ierosināšana ar gaismas avotu (piemēram, zibspuldzi vai citu lāzeru).
Enerģijas līmeņu sistēmaElektroni pastiprināšanas vidē parasti ir sadalīti noteiktos enerģijas līmeņos. Visizplatītākie irdivu līmeņu sistēmasunčetru līmeņu sistēmasVienkāršā divu līmeņu sistēmā elektroni pāriet no pamatstāvokļa uz ierosināto stāvokli un pēc tam atgriežas pamatstāvoklī, izmantojot stimulēto emisiju. Četru līmeņu sistēmā elektroni piedzīvo sarežģītākas pārejas starp dažādiem enerģijas līmeņiem, kā rezultātā bieži vien tiek panākta augstāka efektivitāte.
Gain Media veidi:
Gāzes ieguves vidējsPiemēram, hēlija-neona (He-Ne) lāzeri. Gāzes pastiprināšanas līdzekļi ir pazīstami ar stabilu jaudu un fiksētu viļņa garumu, un tos plaši izmanto kā standarta gaismas avotus laboratorijās.
Šķidruma ieguves videPiemēram, krāsu lāzeri. Krāsu molekulām ir labas ierosmes īpašības dažādos viļņu garumos, padarot tās ideāli piemērotas regulējamiem lāzeriem.
Stabils pastiprinājums, vidējsPiemēram, Nd (ar neodīmu leģēta itrija alumīnija granāta) lāzeri. Šie lāzeri ir ļoti efektīvi un jaudīgi, un tos plaši izmanto rūpnieciskajā griešanas, metināšanas un medicīnas jomā.
Pusvadītāju pastiprinājuma videPiemēram, 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, tos atstarojot un pastiprinot dobuma iekšpusē, tādējādi radot spēcīgu un fokusētu lāzera starojumu.
Rezonatora dobuma struktūraTas parasti sastāv no diviem paralēliem spoguļiem. Viens ir pilnībā atstarojošs spogulis, kas pazīstams kāatpakaļskata spogulis, un otrs ir daļēji atstarojošs spogulis, kas pazīstams kāizejas spogulisFotoni rezonatora dobumā atstarojas uz priekšu un atpakaļ, un tie tiek pastiprināti, mijiedarbojoties ar pastiprinājuma vidi.
Rezonanses stāvoklisRezonatora dobuma konstrukcijai ir jāatbilst noteiktiem nosacījumiem, piemēram, jānodrošina, lai fotoni dobuma iekšpusē veidotu stāvviļņus. Tas nozīmē, ka dobuma garumam ir jābūt lāzera viļņa garuma daudzkārtnim. Tikai gaismas viļņi, kas atbilst šiem nosacījumiem, dobuma iekšpusē var tikt efektīvi pastiprināti.
Izejas starsDaļēji atstarojošais spogulis ļauj daļai pastiprinātā gaismas stara iziet cauri, veidojot lāzera izejas staru. Šim staram ir augsta virzība, koherence un monohromatiskums..
Ja vēlaties uzzināt vairāk vai jūs interesē lāzeri, lūdzu, sazinieties ar mums:
Lumispot
Adrese: 4. ēka, Furongas 3. ceļš, Nr. 99, Sjišanas rajons, Vuksi, 214000, Ķīna
Tālrunis: + 86-0510 87381808.
Mobilais tālrunis: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Tīmekļa vietne: www.lumispot-tech.com
Publicēšanas laiks: 2024. gada 18. septembris