Liitu meie sotsiaalmeediaga, et saada kiireid postitusi
Laserid, tänapäevase tehnoloogia nurgakivi, on sama põnevad kui keerulised. Nende südames peitub komponentide sümfoonia, mis töötavad koos, et tekitada koherentset ja võimendatud valgust. See blogi süveneb nende komponentide keerukustesse, tuginedes teaduslikele põhimõtetele ja võrranditele, et pakkuda lasertehnoloogiast sügavamat arusaamist.
Lasersüsteemide komponentide põhjalik ülevaade: tehniline vaatenurk spetsialistidele
| Komponent | Funktsioon | Näited |
| Keskmise võimendusega | Võimenduskeskkond on laseris olev materjal, mida kasutatakse valguse võimendamiseks. See hõlbustab valguse võimendamist populatsiooni inversiooni ja stimuleeritud emissiooni protsessi kaudu. Võimenduskeskkonna valik määrab laseri kiirgusomadused. | Tahkislaseridnt Nd:YAG (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat), mida kasutatakse meditsiinis ja tööstuses.Gaaslaseridnt CO2-laserid, mida kasutatakse lõikamiseks ja keevitamiseks.Pooljuhtlaserid:nt laserdioodid, mida kasutatakse fiiberoptilises sides ja laserpointerites. |
| Pumbaallikas | Pumbaallikas annab energiat võimenduskeskkonnale populatsiooni inversiooni saavutamiseks (populatsiooni inversiooni energiaallikas), võimaldades laseri tööd. | Optiline pumpamineTahkiselaserite pumpamiseks kasutatakse intensiivseid valgusallikaid, näiteks välklampe.Elektriline pumpamineGaasi ergutamine gaaslaserites elektrivoolu abil.Pooljuhtide pumpamineTahkisse laserkeskkonna pumpamiseks kasutatakse laserdioode. |
| Optiline õõnsus | Kahest peeglist koosnev optiline õõnsus peegeldab valgust, suurendades valguse teepikkust võimenduskeskkonnas, suurendades seeläbi valguse võimendamist. See pakub tagasisidemehhanismi laservõimenduseks, valides valguse spektraalsed ja ruumilised omadused. | Tasapinnaline õõnsusKasutatakse laboriuuringutes, lihtne struktuur.Tasapinnaline nõgus õõnsusLevinud tööstuslaserites, annab kvaliteetseid kiiri. RõngaõõnsusKasutatakse rõngaslaserite, näiteks rõngasgaaslaserite, spetsiifilistes konstruktsioonides. |
Võimenduskeskkond: kvantmehaanika ja optilise tehnika seos
Kvantdünaamika võimenduskeskkonnas
Võimenduskeskkond on koht, kus toimub valguse võimendamise põhiprotsess, nähtus, mis on sügavalt juurdunud kvantmehaanikasse. Energiaseisundite ja osakeste vastastikmõju keskkonnas reguleerivad stimuleeritud emissiooni ja populatsiooni inversiooni põhimõtted. Valguse intensiivsuse (I), algintensiivsuse (I0), ülemineku ristlõike (σ21) ja osakeste arvu vahelist kriitilist seost kahel energiatasemel (N2 ja N1) kirjeldab võrrand I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Populatsiooni inversiooni saavutamine, kus N2 > N1, on võimenduse jaoks hädavajalik ja laserfüüsika nurgakivi.1].
Kolmetasemelised vs. neljatasemelised süsteemid
Praktilistes laserlahendustes kasutatakse tavaliselt kolme- ja neljatasemelisi süsteeme. Kolmetasemelised süsteemid on küll lihtsamad, kuid vajavad populatsiooni inversiooni saavutamiseks rohkem energiat, kuna madalam laseritasa on põhiseisund. Neljatasemelised süsteemid pakuvad seevastu populatsiooni inversiooniks tõhusamat viisi tänu kiirele mittekiirguslikule lagunemisele kõrgema energiataseme juures, mistõttu on need tänapäevastes laserrakendustes levinumad.2].
Is Erbiumiga legeeritud klaasvõimenduskeskkond?
Jah, erbiumiga legeeritud klaas on tõepoolest lasersüsteemides kasutatav võimenduskeskkond. Selles kontekstis viitab "legeerimine" teatud koguse erbiumiioonide (Er³⁺) lisamisele klaasile. Erbium on haruldane muldmetall, mis klaasist põhiainesse lisatuna suudab valgust tõhusalt võimendada stimuleeritud emissiooni kaudu, mis on laseri töö põhiprotsess.
Erbiumiga legeeritud klaas on eriti tähelepanuväärne oma kasutamise poolest kiudlaserites ja kiudvõimendites, eriti telekommunikatsioonitööstuses. See sobib nendeks rakendusteks hästi, kuna võimendab tõhusalt valgust lainepikkustel umbes 1550 nm, mis on optilise kiu side jaoks võtmelainepikkus tänu madalale kadudele standardsetes ränidioksiidkiududes.
Seeerbiumioonid neelavad pumba valgust (sageli alaserdiood) ja ergastutakse kõrgema energiaga olekutesse. Kui nad naasevad madalama energiaga olekusse, kiirgavad nad laserlainepikkusel footoneid, aidates kaasa laserprotsessile. See teeb erbiumiga legeeritud klaasist tõhusa ja laialdaselt kasutatava võimenduskeskkonna erinevates laserite ja võimendite konstruktsioonides.
Seotud blogid: Uudised - Erbiumiga legeeritud klaas: teadus ja rakendused
Pumpamismehhanismid: laserite liikumapanev jõud
Mitmekesised lähenemisviisid rahvastiku inversiooni saavutamiseks
Pumpamismehhanismi valik on laseri disainimisel ülioluline, mõjutades kõike alates efektiivsusest kuni väljundlainepikkuseni. Optiline pumpamine, kasutades väliseid valgusallikaid, näiteks välklampi või muid lasereid, on tavaline tahkis- ja värvainelaserites. Elektrilahendusmeetodeid kasutatakse tavaliselt gaaslaserites, samas kui pooljuhtlaserid kasutavad sageli elektronide süstimist. Nende pumpamismehhanismide efektiivsus, eriti dioodpumbaga tahkislaserites, on olnud hiljutiste uuringute oluline fookus, pakkudes suuremat efektiivsust ja kompaktsust.3].
Pumpamise efektiivsuse tehnilised kaalutlused
Pumpamisprotsessi efektiivsus on laseri disaini kriitiline aspekt, mis mõjutab üldist jõudlust ja rakenduse sobivust. Tahkislaserites võib valik välklampide ja laserdioodide vahel pumbaallikana oluliselt mõjutada süsteemi efektiivsust, soojuskoormust ja kiire kvaliteeti. Suure võimsuse ja efektiivsusega laserdioodide väljatöötamine on DPSS-lasersüsteemides revolutsiooni teinud, võimaldades kompaktsemaid ja tõhusamaid konstruktsioone.4].
Optiline õõnsus: laserkiire konstrueerimine
Õõnsuste disain: füüsika ja inseneriteaduse tasakaalustav akt
Optiline õõnsus ehk resonaator ei ole lihtsalt passiivne komponent, vaid aktiivne osaleja laserkiire kujundamisel. Õõnsuse konstruktsioon, sealhulgas peeglite kõverus ja joondus, mängib olulist rolli laseri stabiilsuse, moodistruktuuri ja väljundvõimsuse määramisel. Õõnsus peab olema konstrueeritud nii, et see suurendaks optilist võimendust ja minimeeriks kadusid – see on väljakutse, mis ühendab optilise inseneritöö laineoptikaga.5.
Võnkumistingimused ja režiimi valik
Laservõnkumise tekkeks peab keskkonna poolt pakutav võimendus ületama õõnsuses tekkivad kaod. See tingimus koos koherentse laine superpositsiooni nõudega dikteerib, et toetatakse ainult teatud pikisuunalisi moodisid. Moodide vahekaugust ja üldist moodide struktuuri mõjutavad õõnsuse füüsiline pikkus ja võimenduskeskkonna murdumisnäitaja.6].
Kokkuvõte
Lasersüsteemide disain ja töö hõlmab laia spektrit füüsika ja inseneriprintsiipe. Alates võimenduskeskkonda reguleerivast kvantmehaanikast kuni optilise õõnsuse keeruka konstruktsioonini mängib iga lasersüsteemi komponent selle üldises funktsionaalsuses olulist rolli. See artikkel on andnud pilguheite lasertehnoloogia keerulisse maailma, pakkudes teadmisi, mis on kooskõlas valdkonna professorite ja optikainseneride kõrgetasemeliste teadmistega.
Viited
- 1. Siegman, AE (1986). Laserid. Ülikooli teadusraamatud.
- 2. Svelto, O. (2010). Laserite põhimõtted. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Tahkislasertehnoloogia. Springer.
- 4. Piper, JA ja Mildren, RP (2014). Dioodpumbaga tahkislaserid. Teoses Handbook of Laser Technology and Applications (III köide). CRC Press.
- 5. Milonni, PW ja Eberly, JH (2010). Laserfüüsika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laseri põhitõed. Cambridge University Press.
Postituse aeg: 27. november 2023