Principiul de bază de lucru al unui laser (amplificarea luminii prin emisie stimulată de radiații) se bazează pe fenomenul emisiilor stimulate de lumină. Printr -o serie de proiecte și structuri precise, laserele generează fascicule cu coerență ridicată, monocromatică și luminozitate. Laserele sunt utilizate pe scară largă în tehnologia modernă, inclusiv în domenii precum comunicarea, medicina, fabricația, măsurarea și cercetarea științifică. Eficiența lor ridicată și caracteristicile de control precise le fac componenta de bază a multor tehnologii. Mai jos este o explicație detaliată a principiilor de lucru ale laserelor și a mecanismelor diferitelor tipuri de lasere.
1. Emisie stimulată
Emisie stimulatăeste principiul fundamental din spatele generarii cu laser, propus pentru prima dată de Einstein în 1917. Acest fenomen descrie modul în care se produc fotoni mai coerenți prin interacțiunea dintre materie ușoară și stare excitată. Pentru a înțelege mai bine emisiile stimulate, să începem cu emisii spontane:
Emisie spontană: În atomi, molecule sau alte particule microscopice, electronii pot absorbi energia externă (cum ar fi energia electrică sau optică) și trecerea la un nivel de energie mai mare, cunoscut sub numele de starea excitată. Cu toate acestea, electronii în stare excitați sunt instabili și, în cele din urmă, vor reveni la un nivel de energie mai mic, cunoscut sub numele de starea solului, după o perioadă scurtă. În timpul acestui proces, electronul eliberează un foton, care este o emisie spontană. Astfel de fotoni sunt aleatorii din punct de vedere al frecvenței, al fazei și al direcției și, astfel, nu au coerență.
Emisie stimulată: Cheia emisiilor stimulate este că, atunci când un electron cu stare excitată întâlnește un foton cu o energie care se potrivește cu energia de tranziție, fotonul poate determina electronul să revină la starea solului, în timp ce eliberează un nou foton. Noul foton este identic cu cel original în ceea ce privește frecvența, faza și direcția de propagare, ceea ce duce la lumină coerentă. Acest fenomen amplifică semnificativ numărul și energia fototonilor și este mecanismul de bază al laserelor.
Efectul de feedback pozitiv al emisiilor stimulate: În proiectarea laserelor, procesul de emisie stimulat este repetat de mai multe ori, iar acest efect de feedback pozitiv poate crește exponențial numărul de fotoni. Cu ajutorul unei cavități rezonante, se menține coerența fototonilor, iar intensitatea fasciculului de lumină este crescută continuu.
2. Câștigă mediu
Câștigă mediueste materialul principal al laserului care determină amplificarea fototonilor și a ieșirii laserului. Este baza fizică pentru emisia stimulată, iar proprietățile sale determină frecvența, lungimea de undă și puterea de ieșire a laserului. Tipul și caracteristicile mediului de câștig afectează în mod direct aplicarea și performanța laserului.
Mecanism de excitație: Electronii în mediu de câștig trebuie să fie excitați la un nivel de energie mai mare de o sursă de energie externă. Acest proces este de obicei obținut de sistemele externe de alimentare cu energie. Mecanismele comune de excitație includ:
Pompare electrică: Exploratarea electronilor în mediul de câștig prin aplicarea unui curent electric.
Pompare optică: Intilând mediul cu o sursă de lumină (cum ar fi o lampă flash sau un alt laser).
Sistem de niveluri de energie: Electronii din mediul de câștig sunt de obicei distribuiți la niveluri specifice de energie. Cele mai frecvente suntsisteme cu două nivelurişisisteme cu patru niveluri. Într-un sistem simplu pe două niveluri, electronii trec de la starea solului la starea excitată și apoi se întorc la starea solului prin emisii stimulate. Într-un sistem cu patru niveluri, electronii suferă tranziții mai complexe între diferite niveluri de energie, rezultând adesea o eficiență mai mare.
Tipuri de media câștigătoare:
Gaz câștig mediu: De exemplu, lasere heliu-neon (he-ne). Mediile de câștig de gaz sunt cunoscute pentru producția lor stabilă și lungimea de undă fixă și sunt utilizate pe scară largă ca surse de lumină standard în laboratoare.
Mediu de câștig lichid: De exemplu, lasere de vopsire. Moleculele de colorant au proprietăți de excitație bune pe diferite lungimi de undă, ceea ce le face ideale pentru lasere reglabile.
Mediu de câștig solid: De exemplu, ND (granat de aluminiu de yttrium dopat cu neodim). Aceste lasere sunt extrem de eficiente și puternice și sunt utilizate pe scară largă în tăierea industrială, sudarea și aplicațiile medicale.
Mediu de câștig semiconductor: De exemplu, materialele de arsenidă de galiu (GAAS) sunt utilizate pe scară largă în dispozitive de comunicare și optoelectronice, cum ar fi diode laser.
3. Cavitatea rezonatorului
Cavitatea rezonatoruluieste o componentă structurală în laser utilizat pentru feedback și amplificare. Funcția sa principală este de a îmbunătăți numărul de fotoni produse prin emisii stimulate prin reflectarea și amplificarea lor în interiorul cavității, generând astfel o ieșire laser puternică și concentrată.
Structura cavității rezonatorului: De obicei este format din două oglinzi paralele. Unul este o oglindă pe deplin reflectorizantă, cunoscută sub numele deOglinda din spate, iar cealaltă este o oglindă parțial reflectantă, cunoscută sub numele deoglindă de ieșire. Fotonii reflectă înainte și înapoi în cavitate și sunt amplificați prin interacțiunea cu mediul de câștig.
Condiție de rezonanță: Proiectarea cavității rezonatorului trebuie să îndeplinească anumite condiții, cum ar fi asigurarea faptului că fotonii formează valuri în picioare în interiorul cavității. Aceasta necesită ca lungimea cavității să fie un multiplu al lungimii de undă laser. Doar undele de lumină care îndeplinesc aceste condiții pot fi amplificate eficient în interiorul cavității.
Fascicul de ieșire: Oglinda parțial reflectantă permite trecerea unei porțiuni din fasciculul de lumină amplificat, formând fasciculul de ieșire al laserului. Acest fascicul are o direcționalitate ridicată, coerență și monocromatică.
Dacă doriți să aflați mai multe sau sunteți interesat de lasere, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați:
Lumispot
Adresa: Clădirea 4 #, nr.99 FURONG 3RD ROAD, XISHAN DIST. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Website: www.lumispot-tech.com
Timpul post: 18-2024 sept