Претплатите се на наше друштвене мреже за брзе објаве
Ласери, камен темељац модерне технологије, подједнако су фасцинантни колико и сложени. У њиховом срцу лежи симфонија компоненти које раде усклађено како би произвеле кохерентну, појачану светлост. Овај блог се бави замршеношћу ових компоненти, поткрепљен научним принципима и једначинама, како би пружио дубље разумевање ласерске технологије.
Напредни увиди у компоненте ласерског система: Техничка перспектива за професионалце
| Компонента | Функција | Примери |
| Средње појачање | Појачавајући медијум је материјал у ласеру који се користи за појачавање светлости. Он олакшава појачавање светлости кроз процес инверзије насељености и стимулисане емисије. Избор појачавајућег медијума одређује карактеристике зрачења ласера. | Чврстофазни ласеринпр. Nd:YAG (итријум алуминијум гранат допиран неодимијумом), користи се у медицинским и индустријским применама.Гасни ласеринпр. CO2 ласери, који се користе за сечење и заваривање.Полупроводнички ласери:нпр. ласерске диоде, које се користе у комуникацији оптичким влакнима и ласерским показивачима. |
| Извор пумпе | Извор пумпе обезбеђује енергију медијуму за појачање како би се постигла инверзија насељености (извор енергије за инверзију насељености), омогућавајући рад ласера. | Оптичко пумпањеКоришћење интензивних извора светлости попут бљескалица за пумпање чврстих ласера.Електрично пумпањеПобуђивање гаса у гасним ласерима помоћу електричне струје.Полупроводничко пумпањеКоришћење ласерских диода за пумпање чврстог ласерског медијума. |
| Оптичка шупљина | Оптичка шупљина, која се састоји од два огледала, рефлектује светлост како би повећала путању светлости у медијуму за појачавање, чиме се побољшава појачавање светлости. Она обезбеђује механизам повратне спреге за ласерско појачавање, бирајући спектралне и просторне карактеристике светлости. | Планарно-равна шупљинаКористи се у лабораторијским истраживањима, једноставне структуре.Планарно-конкавна шупљинаУобичајен код индустријских ласера, пружа висококвалитетне зраке. Прстенаста шупљинаКористи се у специфичним дизајнима прстенастих ласера, као што су прстенасти гасни ласери. |
Медијум појачања: веза квантне механике и оптичког инжењерства
Квантна динамика у медијуму појачања
Медијум појачања је место где се одвија фундаментални процес појачавања светлости, феномен дубоко укорењен у квантној механици. Интеракција између енергетских стања и честица унутар медијума је регулисана принципима стимулисане емисије и инверзије насељености. Критични однос између интензитета светлости (I), почетног интензитета (I0), пресека прелаза (σ21) и броја честица на два енергетска нивоа (N2 и N1) описан је једначином I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Постизање инверзије насељености, где је N2 > N1, је неопходно за појачавање и представља камен темељац ласерске физике.1].
Системи са три нивоа у односу на системе са четири нивоа
У практичним дизајнима ласера, обично се користе системи са три и четири нивоа. Системи са три нивоа, иако једноставнији, захтевају више енергије за постизање инверзије насељености, јер је нижи ниво ласера основно стање. Системи са четири нивоа, с друге стране, нуде ефикаснији пут до инверзије насељености због брзог нерадијативног распада са вишег енергетског нивоа, што их чини распрострањенијим у модерним ласерским применама.2].
Is Стакло допирано ербијумоммедијум за добитак?
Да, стакло допирано ербијумом је заиста врста појачавајућег медијума који се користи у ласерским системима. У овом контексту, „допирање“ се односи на процес додавања одређене количине јона ербијума (Er³⁺) стаклу. Ербијум је редак земни елемент који, када се угради у стаклени носач, може ефикасно појачати светлост путем стимулисане емисије, што је фундаментални процес у раду ласера.
Стакло допирано ербијумом је посебно значајно због своје употребе у влакнастим ласерима и влакнастим појачавачима, нарочито у телекомуникационој индустрији. Веома је погодно за ове примене јер ефикасно појачава светлост на таласним дужинама око 1550 nm, што је кључна таласна дужина за комуникацију оптичким влакнима због малих губитака у стандардним силицијумским влакнима.
Theербијумјони апсорбују светлост пумпе (често изласерска диода) и побуђују се у виша енергетска стања. Када се врате у ниже енергетско стање, емитују фотоне на таласној дужини ласера, доприносећи ласерском процесу. Ово чини стакло допирано ербијумом ефикасним и широко коришћеним медијумом за појачавање у различитим дизајнима ласера и појачавача.
Повезани блогови: Вести - Стакло допирано ербијумом: Наука и примене
Механизми пумпања: Покретачка снага иза ласера
Различити приступи постизању инверзије популације
Избор механизма пумпања је кључан у дизајну ласера, утичући на све, од ефикасности до излазне таласне дужине. Оптичко пумпање, коришћењем спољних извора светлости као што су бљескалице или други ласери, уобичајено је код чврстофазних и ласерских система са бојама. Методе електричног пражњења се обично користе код гасних ласера, док полупроводнички ласери често користе убризгавање електрона. Ефикасност ових механизама пумпања, посебно код чврстофазних ласерских система пумпаних диодама, била је значајан фокус скорашњих истраживања, нудећи већу ефикасност и компактност.3].
Техничка разматрања у ефикасности пумпе
Ефикасност процеса пумпања је критични аспект дизајна ласера, који утиче на укупне перформансе и погодност примене. Код чврстих ласера, избор између бљескалица и ласерских диода као извора пумпања може значајно утицати на ефикасност система, термичко оптерећење и квалитет снопа. Развој снажних, високо ефикасних ласерских диода револуционисао је DPSS ласерске системе, омогућавајући компактније и ефикасније дизајне.4].
Оптичка шупљина: Инжењеринг ласерског зрака
Дизајн шупљине: Балансирање физике и инжењерства
Оптичка шупљина, или резонатор, није само пасивна компонента већ активни учесник у обликовању ласерског снопа. Дизајн шупљине, укључујући закривљеност и поравнање огледала, игра кључну улогу у одређивању стабилности, структуре мода и излаза ласера. Шупљина мора бити пројектована тако да побољша оптичко појачање уз минимизирање губитака, што је изазов који комбинује оптичко инжењерство са таласном оптиком.5.
Услови осцилације и избор режима
Да би дошло до ласерске осцилације, појачање које обезбеђује медијум мора премашити губитке унутар шупљине. Овај услов, заједно са захтевом за суперпозицијом кохерентних таласа, диктира да су подржани само одређени лонгитудинални модови. Размак између модова и укупна структура модова су под утицајем физичке дужине шупљине и индекса преламања медијума појачања.6].
Закључак
Пројектовање и рад ласерских система обухватају широк спектар физичких и инжењерских принципа. Од квантне механике која управља медијумом за појачање 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. Кохнер, В. (2006). Инжењеринг чврстих ласера. Спрингер.
- 4. Пајпер, ЈА и Милдрен, РП (2014). Диодно пумпани чврсти ласери. У Приручнику за ласерску технологију и примене (том III). CRC Press.
- 5. Милони, П. В. и Еберли, Џ. Х. (2010). Ласерска физика. Вајли.
- 6. Силфваст, ВТ (2004). Основе ласера. Cambridge University Press.
Време објаве: 27. новембар 2023.