Абонирайте се за нашите социални медии за бърза публикация
Лазерите, крайъгълен камък на съвременните технологии, са толкова завладяващи, колкото и сложни. В сърцето им се крие симфония от компоненти, работещи в унисон за производство на кохерентна, усилена светлина. Този блог се задълбочава в тънкостите на тези компоненти, подкрепени от научни принципи и уравнения, за да осигури по -задълбочено разбиране на лазерната технология.
Усъвършенствана представа за компонентите на лазерната система: Техническа перспектива за професионалистите
| Компонент | Функция | Примери |
| Спечелете среда | Редът за усилване е материалът в лазер, използван за усилване на светлината. Той улеснява усилването на светлината чрез процеса на инверсия на популацията и стимулирана емисия. Изборът на среда за усилване определя характеристиките на радиацията на лазера. | Лазери от твърдо състояние: напр. ND: YAG (алуминиев гранат, лекуван с неодимов алуминий), използван в медицински и промишлени приложения.Газови лазери: напр., CO2 лазери, използвани за рязане и заваряване.Полупроводникови лазери:Например, лазерни диоди, използвани в комуникация с оптични влакна и лазерни указатели. |
| Източник на изпомпване | Източникът на изпомпване осигурява енергия на печалбата за постигане на инверсия на популацията (източник на енергия за инверсия на населението), което дава възможност за лазерна работа. | Оптично изпомпване: Използване на интензивни източници на светлина като Flashlamps за изпомпване на лазери от твърдо състояние.Електрическо изпомпване: Вълнуващо газта в газовите лазери чрез електрически ток.Полупроводниково изпомпване: Използване на лазерни диоди за изпомпване на лазерната среда с твърдо състояние. |
| Оптична кухина | Оптичната кухина, състояща се от две огледала, отразява светлината за увеличаване на дължината на светлината на пътя в усилващата среда, като по този начин засилва усилването на светлината. Той осигурява механизъм за обратна връзка за лазерно усилване, избирайки спектралните и пространствените характеристики на светлината. | Планарно-планарна кухина: Използва се в лабораторни изследвания, проста структура.Планарно-конкална кухина: Често срещан в индустриалните лазери, осигурява висококачествени греди. Звънеща кухина: Използва се в специфични дизайни на пръстеновидни лазери, като лазери с пръстен. |
Средата за усилване: връзка от квантовата механика и оптичното инженерство
Квантова динамика в средата на усилване
Опасителната среда е мястото, където възниква основният процес на усилване на светлината, явление, дълбоко вкоренено в квантовата механика. Взаимодействието между енергийните състояния и частиците в средата се управлява от принципите на стимулирана емисия и инверсия на популацията. Критичната връзка между интензивността на светлината (I), първоначалната интензивност (I0), преходното напречно сечение (σ21) и числата на частиците при двете енергийни нива (N2 и N1) са описани от уравнението i = i0e^(σ21 (N2-N1) L). Постигането на инверсия на популацията, където N2> N1 е от съществено значение за усилване и е крайъгълен камък на лазерната физика [1].
Тристепенни срещу четиристепенни системи
В практическите лазерни дизайни често се използват системи от три нива и четири нива. Тристепенните системи, макар и по-прости, изискват повече енергия за постигане на инверсия на населението, тъй като по-ниското ниво на лазер е основното състояние. От друга страна, четиристепенни системи предлагат по-ефективен маршрут към инверсия на населението поради бързото нерадиативно разпад от по-високото енергийно ниво, което ги прави по-разпространени в съвременните лазерни приложения [2].
Is Ербий-легирано стъклоПодобно средство за печалба?
Да, стъклото, легирано с ербий, наистина е вид среда за усилване, използвана в лазерните системи. В този контекст „допингът“ се отнася до процеса на добавяне на определено количество ербиеви йони (er³⁺) към стъклото. Ербиумът е рядък земно елемент, който, когато е включен в стъклен гостоприемник, може ефективно да усили светлината чрез стимулирана емисия, основен процес при лазерна работа.
Ербийското стъкло е особено забележимо с използването си в лазери от влакна и влакна, особено в телекомуникационната индустрия. Той е добре подходящ за тези приложения, тъй като ефективно усилва светлината при дължини на вълната около 1550 nm, което е ключова дължина на вълната за комуникации с оптични влакна поради ниската му загуба в стандартните силициеви влакна.
TheЕрбиййони абсорбират светлината на помпата (често от aЛазерен диод) и се вълнуват от по -високи енергийни състояния. Когато се върнат в по -ниско енергийно състояние, те излъчват фотони на дължината на вълната на лазинг, допринасяйки за лазерния процес. Това прави стъклото, легирано с ербий в ефективна и широко използвана среда за усилване в различни лазерни и усилвателни дизайни.
Свързани блогове: Новини - стъкло, легирано от Ербий: Наука и приложения
Механизми за изпомпване: движещата сила зад лазерите
Разнообразни подходи за постигане на инверсия на населението
Изборът на помпения механизъм е основен при лазерния дизайн, влияещ върху всичко - от ефективност до дължина на вълната на изхода. Оптичното изпомпване, използвайки външни източници на светлина като флаш ленти или други лазери, е често срещано в лазери от твърдо състояние и багрила. Методите на електрически разряд обикновено се използват в газови лазери, докато полупроводниковите лазери често използват инжектиране на електрон. Ефективността на тези помпени механизми, особено при лазери с твърдо състояние, потушени с диод, е значителен фокус на последните изследвания, предлагайки по-висока ефективност и компактност [3].
Технически съображения при ефективността на изпомпването
Ефективността на процеса на изпомпване е критичен аспект на лазерния дизайн, влияещ върху общата производителност и приложимостта на приложението. В лазерите с твърдо състояние изборът между светкавиците и лазерните диоди като източник на помпа може значително да повлияе на ефективността на системата, топлинното натоварване и качеството на гредата. Разработването на високоефективни лазерни диоди с висока ефективност направи революция в лазерните системи DPSS, което позволява по-компактни и ефективни дизайни [4].
Оптичната кухина: Инженеринг на лазерния лъч
Дизайн на кухината: Акт за балансиране на физиката и инженерството
Оптичната кухина или резонатор не е просто пасивен компонент, а активен участник във формирането на лазерния лъч. Дизайнът на кухината, включително кривината и подравняването на огледалата, играе решаваща роля за определяне на стабилността, структурата на режима и изхода на лазера. Кухината трябва да бъде проектирана така, че да подобри оптичното усилване, като същевременно свежда до минимум загубите, предизвикателство, което съчетава оптичното инженерство с вълновата оптика5.
Условия за трептене и избор на режим
За да възникне лазерно трептене, усилването, осигурено от средата, трябва да надвишава загубите в кухината. Това условие, съчетано с изискването за кохерентна вълнова суперпозиция, диктува, че се поддържат само определени надлъжни режими. Разстоянието на режима и общата структура на режима се влияят от физическата дължина на кухината и показателя на пречупване на усилващата среда [6].
Заключение
Дизайнът и експлоатацията на лазерните системи обхващат широк спектър от принципи на физиката и инженерството. От квантовата механика, управляваща средата за усилване, до сложното инженерство на оптичната кухина, всеки компонент на лазерна система играе жизненоважна роля в цялостната му функционалност. Тази статия предостави поглед върху сложния свят на лазерната технология, предлагайки прозрения, които резонират с усъвършенстваното разбиране на професори и оптични инженери в тази област.
ЛИТЕРАТУРА
- 1. Siegman, AE (1986). Лазери. Университетски научни книги.
- 2. Svelto, O. (2010). Принципи на лазерите. Спрингър.
- 3. Koechner, W. (2006). Лазерно инженерство с твърдо състояние. Спрингър.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Диод изпомпва лазери от твърдо състояние. В Наръчник за лазерна технология и приложения (том III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Лазерна физика. Уайли.
- 6. Silfvast, WT (2004). Лазерни основи. Cambridge University Press.
Време за публикация: ноември-27-2023