Kiire postituse saamiseks tellige meie sotsiaalmeedia
Laserid, moodsa tehnoloogia nurgakivi, on nii põnevad kui ka keerulised. Nende keskmes on sümfoonia komponentidest, mis töötavad koos, et toota ühtset, võimendatud valgust. See ajaveeb käsitleb nende komponentide keerukust, mida toetavad teaduslikud põhimõtted ja võrrandid, et anda lasertehnoloogiast sügavam arusaam.
Täiustatud ülevaade lasersüsteemi komponentidest: tehniline vaade professionaalidele
| Komponent | Funktsioon | Näited |
| Saavutage keskmine | Võimenduskeskkond on laseris olev materjal, mida kasutatakse valguse võimendamiseks. See hõlbustab valguse võimendamist populatsiooni inversiooni ja stimuleeritud emissiooni kaudu. Võimenduskeskkonna valik määrab laseri kiirgusomadused. | Tahkislaserid: nt Nd:YAG (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat), mida kasutatakse meditsiinis ja tööstuses.Gaaslaserid: nt CO2 laserid, mida kasutatakse lõikamiseks ja keevitamiseks.Pooljuhtlaserid:nt laserdioodid, mida kasutatakse fiiberoptilises sides ja laserosutites. |
| Pumpamise allikas | Pumpamisallikas varustab võimenduskeskkonda energiaga, et saavutada populatsiooni inversioon (energiaallikas populatsiooni inversiooniks), võimaldades laseriga töötamist. | Optiline pumpamine: intensiivsete valgusallikate, näiteks välklampide kasutamine pooljuhtlaserite pumpamiseks.Elektriline pumpamine: Gaasi ergastamine gaasilaserites elektrivoolu abil.Pooljuhtide pumpamine: laserdioodide kasutamine pooljuhtlaseri kandja pumpamiseks. |
| Optiline õõnsus | Kahest peeglist koosnev optiline õõnsus peegeldab valgust, et suurendada valguse tee pikkust võimenduskeskkonnas, suurendades seeläbi valguse võimendust. See pakub tagasisidemehhanismi laservõimenduseks, valides valguse spektraalsed ja ruumilised omadused. | Tasapinnaline õõnsus: Kasutatakse laboriuuringutes, lihtne struktuur.Tasapinnaline-nõgus õõnsus: levinud tööstuslikes laserites, annab kvaliteetseid kiiri. Rõnga õõnsus: kasutatakse ringlaserite, näiteks ringgaaslaserite spetsiifilistes konstruktsioonides. |
Võimendusmeedium: kvantmehaanika ja optikatehnoloogia seos
Kvantdünaamika võimenduskeskkonnas
Võimenduskeskkond on koht, kus toimub valguse võimendamise põhiprotsess, mis on kvantmehaanikas sügavalt juurdunud. Energiaolekute ja osakeste vastastikmõju keskkonnas on reguleeritud stimuleeritud emissiooni ja populatsiooni inversiooni põhimõtetega. Valguse intensiivsuse (I), algintensiivsuse (I0), ülemineku ristlõike (σ21) ja kahe energiataseme (N2 ja N1) osakeste arvu vahelist kriitilist seost kirjeldab võrrand I = I0e^ (σ21(N2-N1)L). Populatsiooni inversiooni saavutamine, kus N2 > N1, on võimenduse jaoks hädavajalik ja on laserfüüsika nurgakivi[1].
Kolmetasandilised vs neljatasandilised süsteemid
Praktilistes laserkonstruktsioonides kasutatakse tavaliselt kolme- ja neljatasandilisi süsteeme. Kuigi kolmetasandilised süsteemid on lihtsamad, vajavad populatsiooni inversiooni saavutamiseks rohkem energiat, kuna madalam laseritase on põhiolek. Neljatasandilised süsteemid seevastu pakuvad tõhusamat teed elanikkonna ümberpööramiseks tänu kiirele mittekiirguslikule lagunemisele kõrgemast energiatasemest, muutes need kaasaegsetes laserrakendustes levinumaks[2].
Is Erbiumiga legeeritud klaasvõimendusmeedium?
Jah, erbiumiga legeeritud klaas on tõepoolest lasersüsteemides kasutatav võimendusmeedium. Selles kontekstis viitab "doping" protsessile, mille käigus lisatakse klaasile teatud kogus erbiumi ioone (Er³⁺). Erbium on haruldaste muldmetallide element, mis klaasist korpusesse lisatuna võib stimuleeritud emissiooni kaudu tõhusalt valgust võimendada, mis on laseri töö põhiprotsess.
Erbiumiga legeeritud klaas on eriti tähelepanuväärne selle kasutamise poolest kiudlaserites ja kiudvõimendites, eriti telekommunikatsioonitööstuses. See sobib hästi nendeks rakendusteks, kuna see võimendab tõhusalt valgust lainepikkustel umbes 1550 nm, mis on kiudoptilise side jaoks oluline lainepikkus, kuna standardsetes ränidioksiidkiududes on väike kadu.
Theerbiumioonid neelavad pumba valgust (sageli alaserdiood) ja on erutatud kõrgemate energiaseisundite suhtes. Kui nad naasevad madalama energiaga olekusse, kiirgavad nad laseri lainepikkusel footoneid, aidates kaasa laserprotsessile. See teeb erbiumiga legeeritud klaasist tõhusa ja laialdaselt kasutatava võimenduskandja erinevates laser- ja võimendikonstruktsioonides.
Seotud blogid: Uudised – Erbiumiga legeeritud klaas: teadus ja rakendused
Pumpamismehhanismid: laserite liikumapanev jõud
Erinevad lähenemisviisid rahvastiku ümberpööramise saavutamiseks
Pumpamismehhanismi valik on laserdisaini puhul ülioluline, mõjutades kõike alates tõhususest kuni väljundlainepikkuseni. Optiline pumpamine, kasutades väliseid valgusallikaid, nagu välklampe või muid lasereid, on tavaline tahkis- ja värvlaserites. Elektrilahendusmeetodeid kasutatakse tavaliselt gaasilaserites, samas kui pooljuhtlaserites kasutatakse sageli elektronide süstimist. Nende pumpamismehhanismide tõhusus, eriti dioodpumbaga tahkislaserites, on olnud viimaste uuringute olulisel kohal, pakkudes suuremat tõhusust ja kompaktsust.3].
Pumpamise tõhususe tehnilised kaalutlused
Pumpamisprotsessi tõhusus on laserdisaini oluline aspekt, mis mõjutab üldist jõudlust ja rakenduse sobivust. Tahkislaserite puhul võib välklampide ja laserdioodide valik pumbaallikana oluliselt mõjutada süsteemi efektiivsust, termilist koormust ja kiire kvaliteeti. Suure võimsusega ja tõhusate laserdioodide arendamine on muutnud DPSS-lasersüsteemides revolutsiooni, võimaldades kompaktsemaid ja tõhusamaid konstruktsioone[4].
Optiline õõnsus: laserkiire projekteerimine
Õõnsuste disain: füüsika ja tehnika tasakaalustav akt
Optiline õõnsus ehk resonaator ei ole lihtsalt passiivne komponent, vaid aktiivne osaleja laserkiire kujundamisel. Õõnsuse disain, sealhulgas peeglite kõverus ja joondamine, mängib laseri stabiilsuse, režiimistruktuuri ja väljundi määramisel üliolulist rolli. Õõnsus peab olema konstrueeritud nii, et see suurendab optilist võimendust, minimeerides samal ajal kadusid – väljakutse, mis ühendab optilise tehnika ja laineoptika5.
Võnkumise tingimused ja režiimi valik
Laservõnkumise esinemiseks peab kandja poolt pakutav võimendus ületama õõnsuses olevaid kadusid. See tingimus koos koherentse laine superpositsiooni nõudega eeldab, et toetatakse ainult teatud pikisuunalisi režiime. Režiimide vahekaugust ja üldist režiimi struktuuri mõjutavad õõnsuse füüsiline pikkus ja võimenduskandja murdumisnäitaja [6].
Järeldus
Lasersüsteemide projekteerimine ja töö hõlmab laia valikut füüsika- ja inseneripõhimõtteid. Alates võimenduskeskkonda reguleerivast kvantmehaanikast kuni optilise õõnsuse keeruka projekteerimiseni mängib lasersüsteemi iga komponent selle üldises funktsionaalsuses üliolulist rolli. See artikkel on andnud pilguheit lasertehnoloogia keerukasse maailma, pakkudes teadmisi, mis kajastuvad selle valdkonna professorite ja optikainseneride täiustatud arusaamaga.
Viited
- 1. Siegman, AE (1986). Laserid. Ülikooli teadusraamatud.
- 2. Svelto, O. (2010). Laseri põhimõtted. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Tahkislasertehnika. Springer.
- 4. Piper, JA ja Mildren, RP (2014). Dioodpumbaga tahkislaserid. Lasertehnoloogia ja rakenduste käsiraamatus (III köide). CRC Press.
- 5. Milonni, PW ja Eberly, JH (2010). Laserfüüsika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laseri põhialused. Cambridge University Press.
Postitusaeg: 27.11.2023