Tellige meie sotsiaalmeedia kiire postituse saamiseks
Kaasaegse tehnoloogia nurgakivi laserid on sama põnevad kui keerulised. Nende keskmes on komponentide sümfoonia, mis töötavad ühtselt, et saada sidusat, võimendatud valgust. See ajaveeb uurib nende komponentide keerukust, mida toetavad teaduslikud põhimõtted ja võrrandid, et anda lasertehnoloogiast sügavam arusaam.
Täpsemad teadmised lasersüsteemi komponentidest: tehniline vaatenurk spetsialistidele
| Komponent | Funktsioon | Näited |
| Võimendusvahend | Võimendi keskkond on valguse võimendamiseks kasutatava laseriga materjal. See hõlbustab valguse inversiooni protsessi ja emissiooni kaudu valguse võimendamist. Võimendi valimine määrab laseri kiirguse omadused. | Tahkis laserid: nt ND: YAG (neodüüm-legeeritud yttrium alumiiniumist granaat), mida kasutatakse meditsiinilistes ja tööstuslikes rakendustes.Gaaslaser: nt CO2 laserid, mida kasutatakse lõikamiseks ja keevitamiseks.Pooljuhtide laserid:nt laserdioodid, mida kasutatakse kiudoptika kommunikatsioonis ja laserpositsioonides. |
| Pumpamisallikas | Pumpamisallikas annab võimenduse keskkonnale energiat, et saavutada rahvastiku inversioon (elanikkonna inversiooni energiaallikas), võimaldades lasertegevust. | Optiline pumpamine: Intensiivsete valgusallikate, nagu välklikelt, kasutades tahkislaserite pumpamiseks.Elektriline pumpamine: Põnev gaasi gaasi laserites elektrivoolu kaudu.Pooljuhtide pumpamine: Laserdioodide kasutamine tahkislaseri söötme pumpamiseks. |
| Optiline õõnsus | Optiline õõnsus, mis koosneb kahest peeglist, peegeldab valgust, et suurendada valguse pikkust võimenduskeskkonnas, suurendades sellega valguse võimendust. See pakub tagasisidemehhanismi laseri võimendamiseks, valides valguse spektraal- ja ruumilised omadused. | Tasapinnaline õõnsus: Kasutatakse laboratoorses uurimistöös, lihtne struktuur.Tasapinnaline õõnsus: Tööstuslikes laserites levinud, pakub kvaliteetseid talasid. Rõngaõõnsus: Kasutatakse rõngalaserite konkreetsetes kujundustes, nagu näiteks rõngas gaasi laserid. |
Võimendi keskkond: kvantmehaanika ja optilise inseneri seos
Kvantdünaamika võimenduse keskkonnas
Võimendi keskkond on seal, kus toimub valguse võimendamise põhiprotsess, nähtus, mis on sügavalt juurdunud kvantmehaanikasse. Keskmise energiaseisundite ja osakeste vastastikmõju reguleerib stimuleeritud emissiooni ja elanikkonna inversiooni põhimõtted. Kriitilist suhet valguse intensiivsuse (I), algse intensiivsuse (i0), ülemineku ristlõike (σ21) ja kahe energiataseme (N2 ja N1) (N2 ja N1) vahel kirjeldatakse võrrandi I = I0E^(σ21 (N2-N1) L) abil. Rahvastiku inversiooni saavutamine, kus N2> N1 on võimendamiseks hädavajalik ja on laserfüüsika nurgakivi [1].
Kolmetasandilised vs neljatasandilised süsteemid
Praktiliste laserkujunduste korral kasutatakse tavaliselt kolmetasandilisi ja neljatasandilisi süsteeme. Kolmetasemelised süsteemid, ehkki lihtsamad, nõuavad elanike inversiooni saavutamiseks rohkem energiat, kuna alumine laseritase on põhiseisund. Neljatasemelised süsteemid seevastu pakuvad tõhusamat viisi elanikkonna inversioonile, kuna kiirelt energiataseme kiire ei radiatiivne lagunemine, muutes need tänapäevastes laserrakendustes levinumaks [2].
Is Erbiumi legeeritud klaasvõimendusvahend?
Jah, erbiumi legeeritud klaas on tõepoolest lasersüsteemides kasutatava võimenduse tüüp. Selles kontekstis viitab "doping" klaasile teatud koguse erbiumiioonide (ER³⁺) lisamise protsessile. Erbium on haruldane muinasjutuline element, mis klaasist peremeesorganismi integreerimisel võib valgust tõhusalt võimendada stimuleeritud emissiooni kaudu, mis on laseroperatsiooni põhiprotsess.
Erbiumi legeeritud klaas on eriti tähelepanuväärne selle kasutamise jaoks kiudainete ja kiudainete võimendites, eriti telekommunikatsioonitööstuses. See sobib nende rakenduste jaoks hästi, kuna see võimendab valgust tõhusalt lainepikkustel umbes 1550 nm, mis on optiliste kiudude kommunikatsiooni peamine lainepikkus, kuna standardsetes ränidioksiidikiududes on madal kadu.
Selleerbiumioonid neelavad pumba valgust (sageli alaserdiood) ja on põnevil kõrgemate energiaseisundite pärast. Kui nad naasevad madalama energiaseisundisse, kiirgavad nad footoneid sirvimislainepikkusel, aidates kaasa laserprotsessile. See muudab erbiumi legeeritud klaasi efektiivseks ja laialdaselt kasutatavaks võimenduse söötmeks erinevates laser- ja võimendi kujundustes.
Seotud ajaveebid: Uudised - erbiumi legeeritud klaas: teadus ja rakendused
Pumpamismehhanismid: laserite taga olev jõud
Mitmekesised lähenemisviisid elanikkonna inversiooni saavutamiseks
Pumpamismehhanismi valik on laserkujunduses pöördeline, mõjutades kõike alates tõhususest kuni väljundlainepikkuseni. Optiline pumpamine, kasutades väliseid valgusallikaid, näiteks välklamp või muid lasereid, on tavaline tahkis- ja värvainel laserites. Elektrilisi tühjendusmeetodeid kasutatakse tavaliselt gaaslaserites, pooljuhtide laserid kasutavad sageli elektronide süstimist. Nende pumpamismehhanismide tõhusus, eriti dioodiga pumbatud tahkislaserites, on hiljutiste uuringute oluliseks keskmes olnud, pakkudes suuremat tõhusust ja kompaktsust [3].
Tehnilised kaalutlused tõhususe pumpamisel
Pumpamisprotsessi tõhusus on laseri kujundamise kriitiline aspekt, mis mõjutab üldist jõudlust ja rakenduste sobivust. Tahkislaserites võib välklambide ja laserdioodide kui pumbaallika vahel valik märkimisväärselt mõjutada süsteemi efektiivsust, soojuskoormust ja tala kvaliteeti. Suure võimsusega, suure tõhususega laserdioodide väljatöötamine on DPSS-lasersüsteemide revolutsiooniliselt muutnud, võimaldades kompaktsemat ja tõhusamat disainilahendust [4].
Optiline õõnsus: laserkiir
Õõnsuse kujundamine: füüsika ja inseneri tasakaalustav tegu
Optiline õõnsus ehk resonaator ei ole lihtsalt passiivne komponent, vaid aktiivne osaleja laserkiire kujundamisel. Õõnsuse kujundamine, sealhulgas peeglite kumerus ja joondamine, mängib üliolulist rolli laseri stabiilsuse, režiimi struktuuri ja väljundi määramisel. Õõnsus peab olema kavandatud optilise võimenduse suurendamiseks, minimeerides kadusid - väljakutse, mis ühendab optilise inseneri laineoptikaga5.
Võnketingimused ja režiimi valik
Laseri võnkumise korral peab söötme pakutav võimendus ületama õõnsuse kaotusi. See tingimus koos sidusa laine superpositsiooni nõudega dikteerib, et toetatakse ainult teatud pikisuunalisi režiime. Režiimi vahekaugust ja üldist režiimi struktuuri mõjutavad õõnsuse füüsiline pikkus ja võimenduskeskkonna murdumisnäitaja [6].
Järeldus
Lasersüsteemide kujundamine ja toimimine hõlmab laia füüsika- ja inseneripõhimõtete spektrit. Alates kvantmehaanikast, mis reguleerib võimenduse keskkonda kuni optilise õõnsuse keeruka insenerimiseni, mängib lasersüsteemi iga komponent selle üldises funktsionaalsuses olulist rolli. See artikkel on andnud ülevaate lasertehnoloogia keerukasse maailma, pakkudes teadmisi, mis vastavad valdkonna professorite ja optiliste inseneride arenenud mõistmisele.
Viited
- 1. Siegman, AE (1986). Laserid. Ülikooli teadusraamatud.
- 2. Sveto, O. (2010). Laserite põhimõtted. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Tahke oleku lasertehnika. Springer.
- 4. Piper, JA, ja Mildren, RP (2014). Dioodi pumbatud tahke oleku laserid. Lasertehnoloogia ja rakenduste käsiraamatus (III kd). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, ja Eberly, JH (2010). Laserfüüsika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laser põhialused. Cambridge University Press.
Postiaeg: 27.-27.-2012