Laseri peamine tööpõhimõte

Laseri (valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse abil) põhiline tööpõhimõte põhineb stimuleeritud valguse emissioonil. Tänu täpsetele konstruktsioonidele ja struktuuridele genereerivad laserid suure koherentsuse, monokromaatilisuse ja heledusega kiiri. Lasereid kasutatakse laialdaselt tänapäeva tehnoloogias, sealhulgas sellistes valdkondades nagu kommunikatsioon, 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 laserkiirete genereerimise aluspõhimõte, mille pakkus esmakordselt välja Einstein 1917. aastal. See nähtus kirjeldab, kuidas valguse ja ergastatud aine vastastikmõjul tekivad koherentsemad footonid. Stimuleeritud emissiooni paremaks mõistmiseks alustame spontaanse emissiooniga:

Spontaanne emissioonAatomites, molekulides või muudes mikroskoopilistes osakestes võivad elektronid neelata välist energiat (näiteks elektrilist või optilist energiat) ja minna üle kõrgemale energiatasemele, mida nimetatakse ergastatud olekuks. Ergastatud oleku elektronid on aga ebastabiilsed ja naasevad lühikese aja pärast madalamale energiatasemele, mida nimetatakse põhiolekuks. Selle protsessi käigus vabastab elektron footoni, mis kiirgub spontaanselt. Sellised footonid on sageduse, faasi ja suuna poolest juhuslikud ning seetõttu puudub neil koherentsus.

Stimuleeritud emissioonStimuleeritud emissiooni võti seisneb selles, et kui ergastatud olekus elektron kohtub footoniga, mille energia vastab tema üleminekuenergiale, võib footon ajendada elektroni naasma põhiolekusse, vabastades samal ajal uue footoni. Uus footon on algse footoniga identne sageduse, faasi ja levimissuuna poolest, mille tulemuseks on koherentne valgus. See nähtus võimendab oluliselt footonite arvu ja energiat ning on laserite põhimehhanism.

Stimuleeritud emissiooni positiivne tagasisideefektLaserite konstruktsioonis korratakse stimuleeritud emissiooni protsessi mitu korda ja see positiivne tagasisideefekt võib footonite arvu eksponentsiaalselt suurendada. Resonantse õõnsuse abil säilib footonite koherentsus ja valgusvihu intensiivsus suureneb pidevalt.

2. Keskmise taseme saavutamine

Seekeskmise kasumion laseri südamikmaterjal, mis määrab footonite võimendamise ja laseri väljundvõimsuse. See on stimuleeritud emissiooni füüsikaline alus ja selle omadused määravad laseri sageduse, lainepikkuse ja väljundvõimsuse. Võimenduskeskkonna tüüp ja omadused mõjutavad otseselt laseri rakendust ja jõudlust.

ErgastusmehhanismVõimenduskeskkonnas olevad elektronid tuleb välise energiaallika abil ergastada kõrgemale energiatasemele. See protsess saavutatakse tavaliselt väliste energiavarustussüsteemide abil. Levinud ergastusmehhanismide hulka kuuluvad:

Elektriline pumpamineElektronide ergastamine võimenduskeskkonnas elektrivoolu rakendamisega.

Optiline pumpamineKeskkonna ergastamine valgusallikaga (näiteks välklambi või muu laseriga).

Energiatasemete süsteemVõimenduskeskkonnas on elektronid tavaliselt jaotatud kindlatele energiatasemetele. Kõige levinumad onkahetasandilised süsteemidjaneljatasandilised süsteemidLihtsas kahetasemelises süsteemis lähevad elektronid põhiolekust ergastatud olekusse ja seejärel naasevad põhiolekusse stimuleeritud emissiooni teel. Neljatasemelises süsteemis läbivad elektronid keerukamaid üleminekuid erinevate energiatasemete vahel, mille tulemuseks on sageli suurem efektiivsus.

Võimendusmeedia tüübid:

Gaasi juurdekasv keskmiseNäiteks heelium-neoonlaserid (He-Ne). Gaasiküttega keskkondades kasutatakse laialdaselt standardseid valgusallikaid laborites.

Vedeliku juurdekasvukeskkondNäiteks värvilaserid. Värvaine molekulidel on head ergastusomadused erinevatel lainepikkustel, mistõttu sobivad need ideaalselt häälestatavate laserite jaoks.

Keskmise tugevusegaNäiteks Nd (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat) laserid. Need laserid on väga tõhusad ja võimsad ning neid kasutatakse laialdaselt tööstuslikus lõikamises, keevitamises ja meditsiinilistes rakendustes.

Pooljuhtide võimenduskeskkondNäiteks galliumarseniidi (GaAs) materjale kasutatakse laialdaselt side- ja optoelektroonikaseadmetes, näiteks laserdioodides.

3. Resonaatori õõnsus

Seeresonaatori õõnsuson laseri struktuurikomponent, mida kasutatakse tagasiside ja võimenduse jaoks. Selle põhifunktsioon on stimuleeritud emissiooni teel tekkivate footonite arvu suurendamine, peegeldades ja võimendades neid õõnsuses, tekitades seeläbi tugeva ja fokuseeritud laserkiirguse.

Resonaatori õõnsuse struktuurSee koosneb tavaliselt kahest paralleelsest peeglist. Üks on täielikult peegeldav peegel, mida tuntakse kuitahavaatepeegelja teine ​​on osaliselt peegeldav peegel, mida tuntakse kuiväljundpeegelFootonid peegelduvad õõnsuses edasi-tagasi ning võimenduvad võimenduskeskkonnaga vastastikmõjul.

Resonantsi seisundResonaatori õõnsuse konstruktsioon peab vastama teatud tingimustele, näiteks tagama, et footonid moodustaksid õõnsuse sees seisulaineid. See nõuab, et õõnsuse pikkus oleks laseri lainepikkuse kordne. Ainult neid tingimusi täitvaid valguslaineid saab õõnsuse sees tõhusalt võimendada.

VäljundkiirOsaliselt peegeldav peegel laseb läbi osa võimendatud valgusvihust, moodustades laserkiire. Sellel kiirel on kõrge suund, koherentsus ja monokromaatsus..

Kui soovite rohkem teada saada või olete laseritest huvitatud, võtke meiega ühendust:

Lumispot

Aadress: Hoone 4 #, nr 99 Furongi 3. tee, Xishani piirkond, Wuxi, 214000, Hiina

Tel: + 86-0510 87381808.

Mobiil: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Veebisait: www.lumispot-tech.com