Laseri tööpõhimõte

Laseri (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) tööpõhimõte põhineb stimuleeritud valguse emissiooni nähtusel. Täpsete kujunduste ja struktuuride seeria abil genereerivad laserid suure koherentsuse, monokromaatilisuse ja heledusega kiireid. Lasereid kasutatakse laialdaselt kaasaegses tehnoloogias, sealhulgas sellistes valdkondades nagu side, meditsiin, tootmine, mõõtmine ja teadusuuringud. Nende kõrge efektiivsus ja täpsed juhtimisomadused muudavad need paljude tehnoloogiate põhikomponendiks. Allpool on üksikasjalik selgitus laserite tööpõhimõtete ja erinevat tüüpi laserite mehhanismide kohta.

1. Stimuleeritud emissioon

Stimuleeritud emissioonon lasergenereerimise aluspõhimõte, mille pakkus esmakordselt välja Einstein 1917. aastal. See nähtus kirjeldab, kuidas valguse ja ergastatud aine vahelise interaktsiooni kaudu tekivad koherentsemad footonid. Stimuleeritud emissiooni paremaks mõistmiseks alustame spontaanse emissiooniga:

Spontaanne emissioon: Aatomites, molekulides või muudes mikroskoopilistes osakestes võivad elektronid absorbeerida välisenergiat (nt elektri- või optilist energiat) ja minna üle kõrgemale energiatasemele, mida nimetatakse ergastatud olekuks. Ergastatud oleku elektronid on aga ebastabiilsed ja naasevad mõne aja pärast madalamale energiatasemele, mida nimetatakse põhiolekuks. Selle protsessi käigus vabastab elektron footoni, mis on spontaanne emissioon. Sellised footonid on sageduse, faasi ja suuna poolest juhuslikud ning neil puudub seega koherentsus.

Stimuleeritud emissioon: Stimuleeritud emissiooni võti seisneb selles, et kui ergastatud oleku elektron kohtab footonit, mille energia vastab tema üleminekuenergiale, võib footon kutsuda elektroni tagasi põhiolekusse, vabastades samal ajal uue footoni. Uus footon on sageduse, faasi ja levimissuuna poolest identne esialgsega, mille tulemuseks on koherentne valgus. See nähtus võimendab oluliselt footonite arvu ja energiat ning on laserite põhimehhanism.

Stimuleeritud emissiooni positiivne tagasiside: Laserite projekteerimisel korratakse stimuleeritud emissiooni protsessi mitu korda ja see positiivne tagasiside efekt võib hüppeliselt suurendada footonite arvu. Resonantsõõnsuse abil säilitatakse footonite koherentsus, valguskiire intensiivsust suurendatakse pidevalt.

2. Kasvu keskmine

Thesaada keskmineon laseri põhimaterjal, mis määrab footonite võimenduse ja laseri väljundi. See on stimuleeritud emissiooni füüsiline alus ja selle omadused määravad laseri sageduse, lainepikkuse ja väljundvõimsuse. Võimenduskandja tüüp ja omadused mõjutavad otseselt laseri rakendust ja jõudlust.

Ergastusmehhanism: Võimenduskeskkonnas olevad elektronid tuleb välise energiaallika abil ergutada kõrgemale energiatasemele. See protsess saavutatakse tavaliselt väliste energiavarustussüsteemide abil. Levinud ergutusmehhanismid hõlmavad järgmist:

Elektriline pumpamine: võimenduskeskkonnas olevate elektronide ergastamine elektrivoolu rakendamisega.

Optiline pumpamine: Meediumi ergastamine valgusallikaga (nt välklambi või muu laseriga).

Energiatasemete süsteem: Võimenduskeskkonnas olevad elektronid on tavaliselt jaotunud kindlatel energiatasemetel. Kõige tavalisemad onkahetasandilised süsteemidjaneljatasandilised süsteemid. Lihtsas kahetasandilises süsteemis lähevad elektronid põhiolekust üle ergastatud olekusse ja naasevad seejärel stimuleeritud emissiooni kaudu põhiolekusse. Neljatasandilises süsteemis läbivad elektronid keerukamad üleminekud erinevate energiatasemete vahel, mille tulemuseks on sageli suurem efektiivsus.

Gain Media tüübid:

Gas Gain Medium: Näiteks heelium-neoon (He-Ne) laserid. Gaasi võimenduskandjad on tuntud oma stabiilse väljundi ja fikseeritud lainepikkuse poolest ning neid kasutatakse laborites laialdaselt standardsete valgusallikatena.

Liquid Gain Medium: Näiteks värvilaserid. Värvimolekulidel on head ergastusomadused erinevatel lainepikkustel, mistõttu need sobivad ideaalselt häälestatavate laserite jaoks.

Tahke võimendus keskmine: Näiteks Nd (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat) laserid. Need laserid on väga tõhusad ja võimsad ning neid kasutatakse laialdaselt tööstuslikus lõikamises, keevitamises ja meditsiinis.

Pooljuhtide võimendus keskmine: Näiteks galliumarseniidi (GaAs) materjale kasutatakse laialdaselt side- ja optoelektroonilistes seadmetes, näiteks laserdioodides.

3. Resonaatori õõnsus

Theresonaatori õõnsuson laseri struktuurikomponent, mida kasutatakse tagasisideks ja võimendamiseks. Selle põhifunktsioon on stimuleeritud emissiooniga toodetud footonite arvu suurendamine, peegeldades ja võimendades neid õõnsuses, luues seega tugeva ja fokusseeritud laserväljundi.

Resonaatori õõnsuse struktuur: Tavaliselt koosneb see kahest paralleelsest peeglist. Üks neist on täielikult peegeldav peegel, tuntud kuitagumine peegel, ja teine ​​on osaliselt peegeldav peegel, tuntud kuiväljundpeegel. Footonid peegelduvad õõnsuses edasi-tagasi ja võimenduvad interaktsiooni kaudu võimenduskeskkonnaga.

Resonantsi seisund: Resonaatori õõnsuse disain peab vastama teatud tingimustele, näiteks tagama, et footonid moodustavad õõnsuse sees seisulaineid. See nõuab, et õõnsuse pikkus oleks laseri lainepikkuse kordne. Ainult neile tingimustele vastavaid valguslaineid saab õõnsuse sees tõhusalt võimendada.

Väljundkiir: Osaliselt peegeldav peegel laseb osa võimendatud valgusvihust läbi, moodustades laseri väljundkiire. Sellel kiirel on kõrge suund, koherentsus ja monokromaatilisus.

Kui soovid rohkem teada saada või tunned huvi laserite vastu, võta meiega julgelt ühendust:

Lumispot

Aadress: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Hiina

Tel: + 86-0510 87381808.

Mobiil: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Veebisait: www.lumispot-tech.com