Основният принцип на работа на лазер

激光器原理

Основният принцип на работа на лазер (усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация) се основава на явлението стимулирано излъчване на светлина. Чрез поредица от прецизни дизайни и структури, лазерите генерират лъчи с висока кохерентност, монохроматичност и яркост. Лазерите се използват широко в съвременните технологии, включително в области като комуникация, медицина, производство, измерване и научни изследвания. Техните високоефективни и прецизни контролни характеристики ги правят основният компонент на много технологии. По -долу е подробно обяснение на работните принципи на лазерите и механизмите на различни видове лазери.

1. Стимулирани емисии

Стимулирани емисиие основният принцип зад лазерното поколение, предложен за първи път от Айнщайн през 1917 г. Това явление описва как по-съгласуваните фотони се произвеждат чрез взаимодействието между светлината и вълнуващото състояние. За да разберем по -добре стимулираните емисии, нека започнем със спонтанно излъчване:

Спонтанно излъчване: В атоми, молекули или други микроскопични частици, електроните могат да абсорбират външна енергия (като електрическа или оптична енергия) и преминават към по -високо енергийно ниво, известно като възбудено състояние. Въпреки това електроните с възбудено състояние са нестабилни и в крайна сметка ще се върнат към по-ниско ниво на енергия, известно като основно състояние, след кратък период. По време на този процес електронът освобождава фотон, който е спонтанен емисия. Такива фотони са случайни по отношение на честотата, фазата и посоката и по този начин нямат съгласуваност.

Стимулирани емисии: Ключът към стимулираните емисии е, че когато електронът с възбудено състояние срещне фотон с енергия, съответстващ на енергията му на преход, фотонът може да подтикне електронът да се върне в основното състояние, докато освобождава нов фотон. Новият фотон е идентичен с оригиналния по отношение на честотата, фазата и посоката на разпространение, което води до кохерентна светлина. Това явление значително усилва броя и енергията на фотоните и е основният механизъм на лазерите.

Положителен ефект на обратна връзка от стимулирани емисии: В дизайна на лазерите стимулираният процес на емисии се повтаря многократно и този положителен ефект на обратна връзка може да увеличи експоненциално броя на фотоните. С помощта на резонансна кухина се поддържа кохерентност на фотоните и интензивността на светлинния лъч непрекъснато се увеличава.

2. Натрупайте средна

TheСпечелете средае основният материал в лазера, който определя усилването на фотоните и лазерния изход. Това е физическата основа за стимулирана емисия и неговите свойства определят честотата, дължината на вълната и изходната мощност на лазера. Типът и характеристиките на носителя на усилването влияят пряко върху приложението и ефективността на лазера.

Механизъм за възбуждане: Електроните в средата на усилването трябва да се вълнуват до по -високо енергийно ниво от външен източник на енергия. Този процес обикновено се постига чрез външни системи за доставка на енергия. Общите механизми за възбуждане включват:

Електрическо изпомпване: Вълнуващо електроните в средата на усилване чрез прилагане на електрически ток.

Оптично изпомпване: Вълнуваща среда с източник на светлина (като флаш лампа или друг лазер).

Система за енергийни нива: Електроните в средата на усилване обикновено се разпределят в специфични енергийни нива. Най -често срещаните саСистеми на две ниваиСистеми на четири нива. В обикновена система на две нива електроните преминават от основното състояние в възбудено състояние и след това се връщат в основното състояние чрез стимулирани емисии. В система на четири нива електроните претърпяват по-сложни преходи между различни нива на енергия, често води до по-висока ефективност.

Видове печалби медии:

Средна печалба от газ: Например лазерите Helium-Neon (He-ne). Медиите за усилване на газа са известни със стабилната си продукция и фиксирана дължина на вълната и се използват широко като стандартни източници на светлина в лаборатории.

Среда за усилване на течността: Например, багрилни лазери. Молекулите на багрилото имат добри свойства на възбуждане при различни дължини на вълната, което ги прави идеални за регулируеми лазери.

Средна печалба: Например, ND (неодимо-легиран алуминиев гранат Yttrium). Тези лазери са високоефективни и мощни и се използват широко при промишлено рязане, заваряване и медицински приложения.

Полупроводникова среда за печалба: Например, материалите на галиев арсенид (GAAS) се използват широко в комуникация и оптоелектронни устройства като лазерни диоди.

3. Резонаторна кухина

TheРезонаторна кухинае структурен компонент в лазера, използван за обратна връзка и усилване. Основната му функция е да подобри броя на фотоните, произведени чрез стимулирани емисии, като ги отразява и усилва вътре в кухината, като по този начин генерира силен и фокусиран лазерен изход.

Структура на резонаторната кухина: Обикновено се състои от две паралелни огледала. Едното е напълно отразяващо огледало, известно катоЗадно огледало, а другият е частично отразяващо огледало, известно катоИзходно огледало. Фотоните отразяват напред и назад в кухината и се усилват чрез взаимодействие със средата на усилване.

Състояние на резонанс: Дизайнът на кухината на резонатора трябва да отговаря на определени условия, като например да се гарантира, че фотоните образуват стоящи вълни вътре в кухината. Това изисква дължината на кухината да бъде кратна на лазерната дължина на вълната. Само леки вълни, които отговарят на тези условия, могат да бъдат ефективно усилени вътре в кухината.

Изходен лъч: Частично отразяващото огледало позволява да се премине част от усиления светлинен лъч, образувайки изходния лъч на лазера. Този лъч има висока насоченост, съгласуваност и монохроматичност.

Ако искате да научите повече или се интересувате от лазери, моля не се колебайте да се свържете с нас:

Lumispot

Адрес: Сграда 4 #, No.99 Furong 3 -ти път, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Китай

Тел: + 86-0510 87381808.

Мобилен: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Уебсайт: www.lumispot-tech.com

 


Време за публикация: Септември 18-2024