Abonați-vă la rețelele noastre sociale pentru o postare promptă

Laserele, o piatră de temelie a tehnologiei moderne, sunt pe cât de fascinante, pe atât de complexe. În centrul lor se află o simfonie de componente care lucrează la unison pentru a produce lumină coerentă, amplificată. Acest blog analizează complexitățile acestor componente, susținute de principii și ecuații științifice, pentru a oferi o înțelegere mai profundă a tehnologiei laser.

Perspective avansate asupra componentelor sistemului laser: o perspectivă tehnică pentru profesioniști

Componentă	Funcţie	Exemple
Câștigați mediu	Mediul de câștig este materialul dintr-un laser folosit pentru amplificarea luminii. Facilitează amplificarea luminii prin procesul de inversare a populației și de emisie stimulată. Alegerea mediului de câștig determină caracteristicile de radiație ale laserului.	Lasere cu stare solidă: de exemplu, Nd:YAG (granat de ytriu aluminiu dopat cu neodim), utilizat în aplicații medicale și industriale.Lasere cu gaz: de exemplu, lasere CO2, utilizate pentru tăiere și sudare.Lasere cu semiconductor:de exemplu, diode laser, utilizate în comunicațiile cu fibră optică și pointerii laser.
Sursa de pompare	Sursa de pompare furnizează energie mediului de câștig pentru a realiza inversarea populației (sursa de energie pentru inversarea populației), permițând funcționarea laserului.	Pompare optică: Folosirea surselor de lumină intensă, cum ar fi lămpile pentru a pompa lasere cu stare solidă.Pompare electrică: Excitarea gazului din laserele cu gaz prin curent electric.Pompare cu semiconductori: Folosind diode laser pentru a pompa mediul laser cu stare solidă.
Cavitatea optică	Cavitatea optică, constând din două oglinzi, reflectă lumina pentru a crește lungimea drumului luminii în mediul de câștig, îmbunătățind astfel amplificarea luminii. Oferă un mecanism de feedback pentru amplificarea laser, selectând caracteristicile spectrale și spațiale ale luminii.	Cavitatea planar-planară: Folosit în cercetarea de laborator, structură simplă.Cavitatea planar-concava: Obișnuit în laserele industriale, oferă fascicule de înaltă calitate. Cavitatea inelului: Folosit în modele specifice de lasere inelare, cum ar fi laserele cu gaz inel.

Mediul de câștig: o legătură între mecanica cuantică și inginerie optică

Dinamica cuantică în mediu de câștig

Mediul de câștig este locul în care are loc procesul fundamental de amplificare a luminii, un fenomen adânc înrădăcinat în mecanica cuantică. Interacțiunea dintre stările de energie și particulele din mediu este guvernată de principiile emisiei stimulate și inversării populației. Relația critică dintre intensitatea luminii (I), intensitatea inițială (I0), secțiunea transversală de tranziție (σ21) și numerele 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 laserului[1].

Sisteme cu trei niveluri vs. sisteme cu patru niveluri

În modelele practice cu laser, sistemele cu trei și patru nivele sunt utilizate în mod obișnuit. Sistemele cu trei niveluri, deși mai simple, necesită mai multă energie pentru a realiza inversarea populației, deoarece nivelul laserului inferior este starea fundamentală. Sistemele cu patru niveluri, pe de altă parte, oferă o cale mai eficientă către inversarea populației datorită dezintegrarii rapide neradiative de la nivelul de energie mai mare, făcându-le 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 câștig folosit în sistemele laser. În acest context, „doping” se referă la procesul de adăugare a unei anumite cantități de ioni de erbiu (Er³⁺) în sticlă. Erbiul este un element de pământ rar 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 și amplificatoarele cu fibră, în special în industria telecomunicațiilor. Este foarte potrivit pentru aceste aplicații, deoarece amplifică eficient lumina la lungimi de undă de aproximativ 1550 nm, care este o lungime de undă cheie pentru comunicațiile cu fibre optice datorită pierderii sale scăzute în fibrele de silice standard.

Theerbiuionii absorb lumina pompei (adesea de la adioda laser) și sunt excitați către stări de energie superioară. Când revin la o stare de energie mai scăzută, emit fotoni la lungimea de undă laser, contribuind la procesul laser. Acest lucru face ca sticla dopată cu erbiu să fie un mediu de câștig eficient și utilizat pe scară largă în diverse modele de laser și amplificatoare.

Mecanisme de pompare: forța motrice din spatele laserelor

Abordări diverse pentru realizarea inversării populației

Alegerea mecanismului de pompare este esențială în proiectarea laserului, influențând totul, de la eficiență la lungimea de undă de ieșire. Pomparea optică, folosind surse de lumină externe, cum ar fi lămpile bliț sau alte lasere, este comună în laserele cu stare solidă și colorante. Metodele de descărcare electrică sunt de obicei folosite în laserele cu gaz, în timp ce laserele cu semiconductori folosesc adesea injecția de electroni. Eficiența acestor mecanisme de pompare, în special în laserele cu stare solidă pompate cu diode, a fost un accent semnificativ al cercetărilor recente, oferind eficiență și compactitate mai ridicate.3].

Considerații tehnice în eficiența pompei

Eficiența procesului de pompare este un aspect critic al proiectării laserului, influențând performanța generală și adecvarea aplicației. La laserele cu stare solidă, alegerea dintre lămpi cu fulger și diode laser ca sursă de pompă poate afecta semnificativ eficiența sistemului, sarcina termică și calitatea fasciculului. Dezvoltarea diodelor laser de mare putere și eficiență a revoluționat sistemele laser DPSS, permițând designuri mai compacte și mai eficiente[4].

Cavitatea optică: proiectarea fasciculului laser

Proiectarea cavității: un act de echilibrare a fizicii și ingineriei

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

Condițiile de oscilație și selecția modului

Pentru ca oscilația laser să apară, câștigul furnizat de mediu trebuie să depășească pierderile din interiorul cavității. Această condiție, împreună cu cerința de suprapunere coerentă a undelor, dictează că sunt acceptate doar anumite moduri longitudinale. Distanța dintre mod și structura generală a modului sunt influențate de lungimea fizică a cavității și de indicele de refracție al mediului de câștig.6].

Concluzie

Proiectarea și funcționarea sistemelor laser cuprind un spectru larg de principii de fizică și inginerie. De la mecanica cuantică care guvernează mediul de câștig până la ingineria complicată a cavității optice, fiecare componentă a unui sistem laser joacă un rol vital în funcționalitatea sa generală. Acest articol a oferit o privire în lumea complexă a tehnologiei laser, oferind perspective care rezonează cu înțelegerea avansată a profesorilor și inginerilor optici din domeniu.

Aplicație laser asociată

Produse înrudite

Laser cu stare solidă pompat cu diodă

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

Matrice de diode laser

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

Diodă laser cuplată cu fibre

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

Laser din sticlă dopată cu erbiu

Laserul nostru din sticlă dopată cu erbiu, cunoscut sub numele de Laser din sticlă Er de 1535 nm pentru ochi, excelează în telemetrie sigure pentru ochi. Oferă performanțe fiabile, rentabile, emitând lumină absorbită de cornee și structurile cristaline ale ochiului, asigurând siguranța retinei.

Referințe

1. Siegman, AE (1986). Lasere. Cărți științifice universitare.
2. Svelto, O. (2010). Principiile laserelor. Springer.
3. Koechner, W. (2006). Inginerie cu laser în stare solidă. Springer.
4. Piper, JA și Mildren, RP (2014). Laser cu stare solidă pompată cu diodă. În Manualul Tehnologiei și Aplicațiilor Laserului (Vol. III). CRC Press.
5. Miloni, PW și Eberly, JH (2010). Fizica laserului. Wiley.
6. Silfvast, WT (2004). Fundamentele laserului. Cambridge University Press.