Претплатите се на наше друштвене мреже за брзе објаве
Ласери, камен темељац модерне технологије, фасцинантни су колико и сложени. У њиховом срцу лежи симфонија компоненти које раде унисоно да би произвеле кохерентно, појачано светло. Овај блог се бави замршеношћу ових компоненти, подржаним научним принципима и једначинама, како би пружио дубље разумевање ласерске технологије.
Напредни увид у компоненте ласерског система: техничка перспектива за професионалце
| Компонента | Функција | Примери |
| Средњи добитак | Медијум за појачање је материјал у ласеру који се користи за појачавање светлости. Олакшава појачавање светлости кроз процес инверзије популације и стимулисане емисије. Избор медијума за појачавање одређује карактеристике зрачења ласера. | Солид-Стате Ласерс: нпр. Нд:ИАГ (Итријум-алуминијумски гранат допиран неодимијумом), који се користи у медицинској и индустријској примени.Гас Ласерс: нпр. ЦО2 ласери, који се користе за сечење и заваривање.Семицондуцтор Ласерс:нпр. ласерске диоде, које се користе у комуникацији са оптичким влакнима и ласерским показивачима. |
| Пумпинг Соурце | Извор пумпе обезбеђује енергију медијуму за појачавање да би се постигла инверзија популације (извор енергије за инверзију популације), омогућавајући ласерски рад. | Оптицал Пумпинг: Коришћење интензивних извора светлости као што су блиц за пумпање ласера у чврстом стању.Електрично пумпање: Узбуђивање гаса у гасним ласерима кроз електричну струју.Семицондуцтор Пумпинг: Коришћење ласерских диода за пумпање ласерског медија у чврстом стању. |
| Оптицал Цавити | Оптичка шупљина, која се састоји од два огледала, рефлектује светлост да би повећала дужину путање светлости у медијуму за појачавање, чиме се повећава појачање светлости. Обезбеђује механизам повратне спреге за ласерско појачање, бирајући спектралне и просторне карактеристике светлости. | Планарно-планарна шупљина: Користи се у лабораторијским истраживањима, једноставне структуре.Планарно-конкавна шупљина: Уобичајено у индустријским ласерима, пружа висококвалитетне зраке. Прстенаста шупљина: Користи се у специфичним дизајнима прстенастих ласера, као што су прстенасти гасни ласери. |
Медијум појачања: Нексус квантне механике и оптичког инжењерства
Квантна динамика у медијуму појачања
Медијум за појачање је место где се дешава основни процес појачања светлости, феномен који је дубоко укорењен у квантној механици. Интеракција између енергетских стања и честица унутар средине је регулисана принципима стимулисане емисије и инверзије популације. Критични однос између интензитета светлости (И), почетног интензитета (И0), попречног пресека прелаза (σ21) и броја честица на два нивоа енергије (Н2 и Н1) описује се једначином И = И0е^ (σ21(Н2-Н1)Л). Постизање инверзије популације, где је Н2 > Н1, је од суштинског значаја за појачање и представља камен темељац ласерске физике[1].
Системи на три нивоа наспрам четири нивоа
У практичним ласерским дизајном, обично се користе системи на три и четири нивоа. Системи на три нивоа, иако су једноставнији, захтевају више енергије да би се постигла инверзија популације јер је нижи ниво ласера основно стање. Четворостепени системи, с друге стране, нуде ефикаснији пут до инверзије становништва због брзог нерадијативног распада са вишег енергетског нивоа, што их чини преовлађујућим у савременим ласерским применама[2].
Is Стакло допирано ербијумома добитак медијум?
Да, стакло допирано ербијумом је заиста врста медијума за појачавање који се користи у ласерским системима. У овом контексту, „допинг“ се односи на процес додавања одређене количине ербијум јона (Ер³⁺) у стакло. Ербијум је реткоземни елемент који, када се угради у стакло, може ефикасно да појача светлост кроз стимулисану емисију, што је основни процес у раду ласера.
Стакло допирано ербијумом је посебно познато по употреби у ласерима са влакнима и појачивачима влакана, посебно у телекомуникацијској индустрији. Погодан је за ове апликације јер ефикасно појачава светлост на таласним дужинама око 1550 нм, што је кључна таласна дужина за комуникацију оптичким влакнима због ниског губитка у стандардним силицијумским влакнима.
Тхеербијумјони апсорбују светлост пумпе (често из аласерска диода) и узбуђени су до виших енергетских стања. Када се врате у стање ниже енергије, емитују фотоне на таласној дужини ласера, доприносећи ласерском процесу. Ово чини стакло допираним ербијумом ефикасним и широко коришћеним медијумом за појачавање у различитим дизајнима ласера и појачала.
Повезани блогови: Вести - стакло допирано ербијумом: наука и примена
Механизми за пумпање: Покретачка сила иза ласера
Различити приступи постизању популационе инверзије
Избор механизма за пумпање је кључан у дизајну ласера, који утиче на све, од ефикасности до излазне таласне дужине. Оптичко пумпање, коришћењем екстерних извора светлости као што су блиц или други ласери, уобичајено је код ласера на чврстом стању и ласера на боји. Методе електричног пражњења се обично користе у гасним ласерима, док полупроводнички ласери често користе убризгавање електрона. Ефикасност ових механизама за пумпање, посебно код чврстих ласера са диодном пумпом, била је значајан фокус недавних истраживања, нудећи већу ефикасност и компактност[3].
Техничка разматрања ефикасности пумпе
Ефикасност процеса пумпања је критичан аспект ласерског дизајна, који утиче на укупне перформансе и погодност примене. У полупроводничким ласерима, избор између блиц и ласерских диода као извора пумпе може значајно утицати на ефикасност система, топлотно оптерећење и квалитет зрака. Развој ласерских диода велике снаге и високе ефикасности је револуционисао ДПСС ласерске системе, омогућавајући компактније и ефикасније дизајне[4].
Оптичка шупљина: инжењеринг ласерског зрака
Дизајн шупљина: Акт о балансирању физике и инжењерства
Оптичка шупљина, или резонатор, није само пасивна компонента већ и активни учесник у обликовању ласерског зрака. Дизајн шупљине, укључујући закривљеност и поравнање огледала, игра кључну улогу у одређивању стабилности, структуре модова и излазне снаге ласера. Шупљина мора бити дизајнирана да побољша оптичко појачање уз минимизирање губитака, изазов који комбинује оптички инжењеринг са оптиком таласа5.
Услови осциловања и избор режима
Да би дошло до ласерске осцилације, појачање које пружа медијум мора бити веће од губитака унутар шупљине. Овај услов, заједно са захтевом за кохерентном суперпозицијом таласа, диктира да су подржани само одређени лонгитудинални модови. Размак модова и укупна структура модова су под утицајем физичке дужине шупљине и индекса преламања медијума за појачавање[6].
Закључак
Дизајн и рад ласерских система обухватају широк спектар принципа физике и инжењерства. Од квантне механике која управља медијумом појачања до сложеног инжењеринга оптичке шупљине, свака компонента ласерског система игра виталну улогу у његовој укупној функционалности. Овај чланак је пружио увид у сложени свет ласерске технологије, нудећи увиде који су у складу са напредним разумевањем професора и оптичких инжењера у овој области.
Референце
- 1. Сиегман, АЕ (1986). Ласери. Универзитетске научне књиге.
- 2. Свелто, О. (2010). Принципи ласера. Спрингер.
- 3. Коецхнер, В. (2006). Ласерско инжењерство у чврстом стању. Спрингер.
- 4. Пипер, ЈА и Милдрен, РП (2014). Солид Стате Ласери са диодном пумпом. Ин Хандбоок оф Ласер Тецхнологи анд Апплицатионс (Вол. ИИИ). ЦРЦ Пресс.
- 5. Милони, ПВ, & Еберли, ЈХ (2010). Ласер Пхисицс. Вилеи.
- 6. Силфваст, ВТ (2004). Ласер Фундаменталс. Цамбридге Университи Пресс.
Време поста: 27.11.2023