Основни принцип рада ласера (појачавање светлости стимулисаном емисијом зрачења) заснива се на феномену стимулисане емисије светлости. Кроз низ прецизних дизајна и структура, ласери генеришу зраке са високом кохерентношћу, монохроматичношћу и осветљеношћу. Ласери се широко користе у модерној технологији, укључујући области као што су комуникација, медицина, производња, мерење и научна истраживања. Њихова висока ефикасност и прецизне карактеристике управљања чине их основном компонентом многих технологија. У наставку је детаљно објашњење принципа рада ласера и механизама различитих врста ласера.
1. Стимулисана емисија
Стимулисана емисијаје основни принцип генерације ласера, који је први предложио Ајнштајн 1917. године. Овај феномен описује како се кохерентнији фотони производе интеракцијом између светлости и материје у побуђеном стању. Да бисмо боље разумели стимулисану емисију, почнимо са спонтаном емисијом:
Спонтана емисијаУ атомима, молекулима или другим микроскопским честицама, електрони могу апсорбовати спољашњу енергију (као што је електрична или оптичка енергија) и прећи на виши енергетски ниво, познат као побуђено стање. Међутим, електрони у побуђеном стању су нестабилни и на крају ће се вратити на нижи енергетски ниво, познат као основно стање, након кратког периода. Током овог процеса, електрон ослобађа фотон, што је спонтана емисија. Такви фотони су насумични у погледу фреквенције, фазе и правца, и стога им недостаје кохерентност.
Стимулисана емисијаКључ стимулисане емисије је да када електрон у побуђеном стању наиђе на фотон са енергијом која одговара његовој енергији прелаза, фотон може подстаћи електрон да се врати у основно стање, ослобађајући нови фотон. Нови фотон је идентичан оригиналном у погледу фреквенције, фазе и правца простирања, што резултира кохерентном светлошћу. Овај феномен значајно појачава број и енергију фотона и представља основни механизам ласера.
Позитивни повратни ефекат стимулисане емисијеУ дизајну ласера, процес стимулисане емисије се понавља више пута, и овај ефекат позитивне повратне спреге може експоненцијално повећати број фотона. Уз помоћ резонантне шупљине, кохеренција фотона се одржава, а интензитет светлосног снопа се континуирано повећава.
2. Средње јачање
Theсредњи добитакје основни материјал у ласеру који одређује појачање фотона и ласерски излаз. То је физичка основа за стимулисану емисију, а његова својства одређују фреквенцију, таласну дужину и излазну снагу ласера. Врста и карактеристике медијума за појачање директно утичу на примену и перформансе ласера.
Механизам побуђивањаЕлектрони у медијуму појачања морају бити побуђени на виши енергетски ниво помоћу спољашњег извора енергије. Овај процес се обично постиже спољашњим системима за напајање енергијом. Уобичајени механизми побуђивања укључују:
Електрично пумпањеПобуђивање електрона у појачавајућем медијуму применом електричне струје.
Оптичко пумпањеУзбудљивост медијума помоћу извора светлости (као што је блиц лампа или други ласер).
Систем енергетских нивоаЕлектрони у медијуму за појачање су типично распоређени по специфичним енергетским нивоима. Најчешћи сусистеми на два нивоаичетворостепени системиУ једноставном систему са два нивоа, електрони прелазе из основног стања у побуђено стање, а затим се враћају у основно стање путем стимулисане емисије. У систему са четири нивоа, електрони пролазе кроз сложеније прелазе између различитих енергетских нивоа, што често резултира већом ефикасношћу.
Врсте медија за добитак:
Средње повећање гасаНа пример, хелијум-неонски (He-Ne) ласери. Гасни медијуми за појачање су познати по свом стабилном излазу и фиксној таласној дужини и широко се користе као стандардни извори светлости у лабораторијама.
Средње за добијање течностиНа пример, ласери са бојама. Молекули боја имају добра својства побуђивања на различитим таласним дужинама, што их чини идеалним за подесиве ласере.
Средње јачањеНа пример, Nd (неодимијумом допирани итријум алуминијум гранат) ласери. Ови ласери су веома ефикасни и снажни и широко се користе у индустријском сечењу, заваривању и медицинским применама.
Полупроводнички медијум за појачањеНа пример, материјали галијум арсенида (GaAs) се широко користе у комуникационим и оптоелектронским уређајима као што су ласерске диоде.
3. Резонаторска шупљина
Theрезонаторска шупљинаје структурна компонента у ласеру која се користи за повратну спрегу и појачавање. Његова основна функција је повећање броја фотона произведених стимулисаном емисијом рефлектујући их и појачавајући унутар шупљине, чиме се генерише јак и фокусиран ласерски излаз.
Структура резонаторске шупљинеОбично се састоји од два паралелна огледала. Једно је потпуно рефлектујуће огледало, познато каоретровизор, а друго је делимично рефлектујуће огледало, познато каоизлазно огледалоФотони се рефлектују напред-назад унутар шупљине и појачавају се интеракцијом са појачавајућим медијумом.
Резонантни условДизајн резонаторске шупљине мора да испуњава одређене услове, као што је осигуравање да фотони формирају стојеће таласе унутар шупљине. То захтева да дужина шупљине буде вишеструка од таласне дужине ласера. Само светлосни таласи који испуњавају ове услове могу се ефикасно појачати унутар шупљине.
Излазни снопДелимично рефлектујуће огледало пропушта део појачаног светлосног снопа, формирајући излазни сноп ласера. Овај сноп има високу усмереност, кохерентност и монохроматскост..
Ако желите да сазнате више или сте заинтересовани за ласере, слободно нас контактирајте:
Лумиспот
Адреса: Зграда 4, бр. 99 Фуронг 3. пут, округ Сишан, Вуси, 214000, Кина
Тел: + 86-0510 87381808.
Мобилни: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-сајт: www.lumispot-tech.com
Време објаве: 18. септембар 2024.