Abonați-vă la rețelele noastre sociale pentru postări prompte

Laserele, o piatră de temelie a tehnologiei moderne, sunt la fel de fascinante pe cât sunt de complexe. În inima lor se află o simfonie de componente care lucrează la unison pentru a produce o lumină coerentă, amplificată. Acest blog explorează complexitatea acestor componente, susținută de principii și ecuații științifice, pentru a oferi o înțelegere mai profundă a tehnologiei laserelor.

Informații avansate despre componentele sistemelor laser: o perspectivă tehnică pentru profesioniști

Componentă	Funcţie	Exemple
Câștig mediu	Mediul de amplificare este materialul dintr-un laser utilizat pentru amplificarea luminii. Acesta facilitează amplificarea luminii prin procesul de inversiune a populației și emisie stimulată. Alegerea mediului de amplificare determină caracteristicile de radiație ale laserului.	Lasere în stare solidăDe exemplu, Nd:YAG (granat de ytriu și aluminiu dopat cu neodim), utilizat în aplicații medicale și industriale.Lasere cu gazDe exemplu, lasere cu CO2, utilizate pentru tăiere și sudare.Lasere semiconductoare:de exemplu, diode laser, utilizate în comunicațiile prin fibră optică și indicatoare laser.
Sursa de pompare	Sursa de pompare furnizează energie mediului de amplificare pentru a realiza inversiunea populației (sursa de energie pentru inversiunea populației), permițând funcționarea laserului.	Pompare opticăUtilizarea surselor de lumină intensă, cum ar fi lămpile cu bliț, pentru a pompa lasere în stare solidă.Pompare electricăExcitarea gazului din laserele cu gaz prin curent electric.Pomparea semiconductorilorUtilizarea diodelor laser pentru pomparea mediului laser în stare solidă.
Cavitatea optică	Cavitatea optică, formată din două oglinzi, reflectă lumina pentru a mări lungimea traiectului luminii în mediul de amplificare, sporind astfel amplificarea luminii. Aceasta oferă un mecanism de feedback pentru amplificarea laserului, selectând caracteristicile spectrale și spațiale ale luminii.	Cavitate planar-planarăUtilizat în cercetări de laborator, structură simplă.Cavitatea planar-concavăObișnuit în laserele industriale, oferă fascicule de înaltă calitate. Cavitatea inelarăFolosit în anumite modele de lasere inelare, cum ar fi laserele cu gaz inelar.

Mediul de amplificare: o legătură între mecanica cuantică și ingineria optică

Dinamica cuantică în mediul de amplificare

Mediul de amplificare este locul în care are loc procesul fundamental de amplificare a luminii, un fenomen adânc înrădăcinat în mecanica cuantică. Interacțiunea dintre stările energetice și particulele din mediu este guvernată de principiile emisiei stimulate și inversiunii populației. Relația critică dintre intensitatea luminii (I), intensitatea inițială (I0), secțiunea transversală de tranziție (σ21) și numărul de particule la cele două niveluri de energie (N2 și N1) este descrisă de ecuația I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Realizarea unei inversiuni a populației, unde N2 > N1, este esențială pentru amplificare și este o piatră de temelie a fizicii laserelor.1].

Sisteme cu trei niveluri vs. sisteme cu patru niveluri

În proiectele practice de lasere, se utilizează în mod obișnuit sisteme cu trei și patru niveluri. Sistemele cu trei niveluri, deși mai simple, necesită mai multă energie pentru a realiza inversia populației, deoarece nivelul inferior al laserului este starea fundamentală. Sistemele cu patru niveluri, pe de altă parte, oferă o cale mai eficientă către inversia populației datorită decăderii rapide neradiative de la nivelul de energie mai ridicat, ceea ce le face mai răspândite în aplicațiile laser moderne.2].

Is Sticlă dopată cu erbiuun mediu de câștig?

Da, sticla dopată cu erbiu este într-adevăr un tip de mediu de amplificare utilizat în sistemele laser. În acest context, „doparea” se referă la procesul de adăugare a unei anumite cantități de ioni de erbiu (Er³⁺) în sticlă. Erbiul este un element de pământuri rare care, atunci când este încorporat într-o gazdă de sticlă, poate amplifica eficient lumina prin emisie stimulată, un proces fundamental în funcționarea laserului.

Sticla dopată cu erbiu este deosebit de remarcabilă pentru utilizarea sa în laserele cu fibră optică și amplificatoarele cu fibră optică, în special în industria telecomunicațiilor. Este potrivită pentru aceste aplicații deoarece amplifică eficient lumina la lungimi de undă în jurul valorii de 1550 nm, care este o lungime de undă cheie pentru comunicațiile cu fibră optică datorită pierderilor reduse în fibrele standard de silice.

Cel/Cea/Cei/Celeerbiuionii absorb lumina pompei (adesea de la odiodă laser) și sunt excitați la stări de energie mai mari. Când revin la o stare de energie mai mică, emit fotoni la lungimea de undă a laserului, contribuind la procesul laser. Acest lucru face ca sticla dopată cu erbiu să fie un mediu de amplificare eficient și utilizat pe scară largă în diverse modele de lasere și amplificatoare.

Mecanisme de pompare: Forța motrice din spatele laserelor

Diverse abordări pentru realizarea inversiunii populației

Alegerea mecanismului de pompare este esențială în proiectarea laserelor, influențând totul, de la eficiență la lungimea de undă de ieșire. Pomparea optică, utilizând surse de lumină externe, cum ar fi lămpile cu bliț sau alte lasere, este comună în laserele în stare solidă și cele cu coloranți. Metodele de descărcare electrică sunt de obicei utilizate în laserele cu gaz, în timp ce laserele semiconductoare utilizează adesea injecția de electroni. Eficiența acestor mecanisme de pompare, în special în laserele în stare solidă pompate cu diode, a fost un punct central al cercetărilor recente, oferind o eficiență și o compactitate mai mari.3].

Considerații tehnice privind eficiența pompării

Eficiența procesului de pompare este un aspect critic al proiectării laserului, având impact asupra performanței generale și a adecvării aplicațiilor. În cazul laserelor în stare solidă, alegerea între lămpile cu bliț și diodele laser ca sursă de pompare poate afecta semnificativ eficiența sistemului, sarcina termică și calitatea fasciculului. Dezvoltarea diodelor laser de mare putere și de înaltă eficiență a revoluționat sistemele laser DPSS, permițând designuri mai compacte și mai eficiente.4].

Cavitatea optică: Proiectarea fasciculului laser

Proiectarea cavității: un act de echilibru între fizică și inginerie

Cavitatea optică, sau rezonatorul, nu este doar o componentă pasivă, ci și un participant activ în modelarea fasciculului laser. Designul cavității, inclusiv curbura și alinierea oglinzilor, joacă un rol crucial în determinarea stabilității, structurii modurilor și a puterii laserului. Cavitatea trebuie proiectată pentru a îmbunătăți amplificarea optică, minimizând în același timp pierderile, o provocare care combină ingineria optică cu optica ondulatorie.5.

Condiții de oscilație și selectarea modului

Pentru ca oscilația laserului să aibă loc, amplificarea furnizată de mediu trebuie să depășească pierderile din interiorul cavității. Această condiție, împreună cu cerința suprapunerii coerente a undelor, dictează că sunt suportate doar anumite moduri longitudinale. Spațierea modurilor și structura generală a modurilor sunt influențate de lungimea fizică a cavității și de indicele de refracție al mediului cu amplificare.6].

Concluzie

Proiectarea și funcționarea sistemelor laser cuprind o gamă largă de principii fizice și inginerești. De la mecanica cuantică ce guvernează mediul de amplificare până la ingineria complexă a cavității optice, fiecare componentă a unui sistem laser joacă un rol vital în funcționalitatea sa generală. Acest articol a oferit o privire asupra lumii complexe a tehnologiei laser, oferind perspective care rezonează cu cunoștințele avansate ale profesorilor și inginerilor optici din domeniu.

Aplicație laser conexă

Produse similare

Laser în stare solidă pompat cu diodă

Îmbunătățiți-vă cercetarea și aplicațiile cu seria noastră de lasere în stare solidă pompate cu diode (DPSS). Aceste lasere, echipate cu capacități de pompare de mare putere, o calitate excepțională a fasciculului și o stabilitate de neegalat, oferă soluții versatile pentru aplicații.

Matrice de diode laser

Seria de stive de diode laser este disponibilă în matrici orizontale, verticale, poligonale, inelare și mini-stivuite, lipite împreună folosind tehnologia de lipire dură AuSn. Stiva de răcire poate fi utilizată în iluminare, cercetare, detectare și surse de pompare.

Diodă laser cuplată cu fibră

Laserele cu diode cuplate cu fibră, care emit lumină uniformă și circulară cu o calitate simetrică a fasciculului, sunt definite ca dispozitive laser cu diode care cuplează lumina rezultată într-o fibră optică.

Laser cu sticlă dopată cu erbiu

Laserul nostru cu sticlă dopată cu erbiu, cunoscut sub numele de laser cu sticlă Er de 1535 nm, sigur pentru ochi, excelează în ceea ce privește telemetrele sigure pentru ochi. Oferă performanțe fiabile și eficiente din punct de vedere al costurilor, emițând lumină absorbită de cornee și structurile cristaline ale ochiului, asigurând siguranța retinei.

Referințe

1. Siegman, AE (1986). Lasere. Cărți universitare de știință.
2. Svelto, O. (2010). Principiile laserelor. Springer.
3. Koechner, W. (2006). Ingineria laserelor în stare solidă. Springer.
4. Piper, JA și Mildren, RP (2014). Lasere în stare solidă pompate cu diode. În Manualul de tehnologie și aplicații laser (Vol. III). CRC Press.
5. Milonni, PW și Eberly, JH (2010). Fizica laserelor. Wiley.
6. Silfvast, WT (2004). Fundamentele laserului. Cambridge University Press.