Přihlaste se k odběru našich sociálních médií pro rychlý příspěvek
Lasery, základní kámen moderní technologie, jsou stejně fascinující jako složité. V jejich srdci leží symfonie komponent pracujících v souzvuku na výrobu koherentního, zesíleného světla. Tento blog se ponoří do složitosti těchto složek, podporovaných vědeckými principy a rovnicemi, aby poskytoval hlubší pochopení laserové technologie.
Pokročilé informace o komponentách laserového systému: Technická perspektiva pro profesionály
| Komponent | Funkce | Příklady |
| Získat médium | Ziskové médium je materiál v laseru používaném pro zesílení světla. Usnadňuje zesílení světla prostřednictvím procesu inverze populace a stimulované emise. Výběr média GIEN určuje laserové radiační charakteristiky. | Lasery v pevném stavu: např. ND: YAG (neodymium dopovaný hliníkový granát), používaný v lékařských a průmyslových aplikacích.Plynové lasery: např. Lasery CO2, používané pro řezání a svařování.Polovodičové lasery:Např. Laserové diody, používané v komunikaci o optice vlákna a laserových ukazatelů. |
| Čerpací zdroj | Zdroj čerpání poskytuje energii pro ziskové médium k dosažení inverze populace (zdroj energie pro inverzi populace), což umožňuje provoz laseru. | Optické čerpání: Používání intenzivních světelných zdrojů, jako jsou flashlamps k čerpání laserů v pevném stavu.Elektrické čerpání: Vzrušující plyn v plynových laserech prostřednictvím elektrického proudu.Polovodičové čerpání: Použití laserových diod pro čerpání laserového média pevného stavu. |
| Optická dutina | Optická dutina, sestávající ze dvou zrcadel, odráží světlo pro zvětšení délky cesty světla v mediálním médiu, čímž se zvyšuje zesílení světla. Poskytuje mechanismus zpětné vazby pro laserové zesílení a výběr spektrálních a prostorových charakteristik světla. | Planar-planar dutina: Používá se v laboratorním výzkumu, jednoduchá struktura.Dutina rovinné úřady: Běžné v průmyslových laserech, poskytuje vysoce kvalitní paprsky. Kruhová dutina: Používá se ve specifických konstrukcích prstencových laserů, jako jsou prstencové plynové lasery. |
Ziskové médium: Nexus kvantové mechaniky a optického inženýrství
Kvantová dynamika v médiu zisku
Ziskové médium je místem, kde dochází ke základnímu procesu zesílení světla, jev hluboce zakořeněný v kvantové mechanice. Interakce mezi energetickými stavy a částicemi v médiu se řídí principy stimulované emise a inverze populace. Kritický vztah mezi intenzitou světla (I), počáteční intenzitou (I0), průřezem přechodu (σ21) a počtem částic na dvou energetických hladinách (n2 a n1) je popsán rovnicí I = i0e^(σ21 (N2-N1) l). Dosažení inverze populace, kde N2> N1, je nezbytné pro zesílení a je základním kamenem laserové fyziky [1].
Tříúrovňové vs. čtyřúrovňové systémy
V praktických laserových návrzích se běžně používají tříúrovňové a čtyřúrovňové systémy. Tříúrovňové systémy, i když jednodušší, vyžadují více energie k dosažení inverze populace, protože nižší laserová hladina je základní stav. Čtyřúrovňové systémy naproti tomu nabízejí účinnější cestu k inverzi obyvatelstva kvůli rychlému neraditivnímu rozpadu z vyšší úrovně energie, což je činí převládajícími v moderních laserových aplikacích [2].
Is Sklo dopované erbiumziskové médium?
Ano, sklo dopované erbium je skutečně typem ziskového média používaného v laserových systémech. V této souvislosti „doping“ odkazuje na proces přidání určitého množství erbiových iontů (er³⁺) do skla. Erbium je prvek vzácné zeminy, který, když je začleněn do skleněného hostitele, může účinně zesilovat světlo stimulovanou emisí, což je základní proces při laserovém provozu.
Sklo dopované erbium je zvláště pozoruhodné pro jeho použití ve vláknových laserech a zesilovačích vláken, zejména v telekomunikačním průmyslu. Pro tyto aplikace je vhodný, protože účinně zesiluje světlo na vlnových délkách kolem 1550 nm, což je klíčová vlnová délka pro komunikaci optických vláken díky nízké ztrátě standardních vláken oxidu křemičitého.
TheErbiumionty absorbují světlo čerpadla (často z aLaserová dioda) a jsou nadšeni na vyšší energetické stavy. Když se vrátí do stavu s nižším energií, vyzařují fotony na lasingové vlnové délce a přispívají k laserovému procesu. Díky tomu je sklo dopované erbium efektivní a široce používané mé médium v různých konstrukcích laseru a zesilovače.
Související blogy: Zprávy - Sklo dopované Erbium: Věda a aplikace
Mechanismy čerpání: Hnací síla laserů
Rozmanité přístupy k dosažení inverze populace
Volba čerpacího mechanismu je klíčová při návrhu laseru, což ovlivňuje vše od účinnosti po vlnovou délku. Optické čerpání s využitím externích světelných zdrojů, jako jsou flashlamps nebo jiné lasery, je běžné v laserech pevných látek a barviv. Metody elektrického vypouštění se obvykle používají v plynových laserech, zatímco polovodičové lasery často používají injekci elektronů. Účinnost těchto čerpacích mechanismů, zejména v laserech s pevným státem, byla významným zaměřením na nedávný výzkum, nabízející vyšší efektivitu a kompaktnost [[3].
Technické úvahy o účinnosti čerpání
Účinnost procesu čerpání je kritickým aspektem návrhu laseru, který ovlivňuje celkovou výkonnost a vhodnost aplikace. V laserech v pevném stavu může volba mezi flashlampy a laserovými diodami jako zdroj čerpadla významně ovlivnit účinnost systému, tepelné zatížení a kvalitu paprsku. Vývoj vysoce výkonných, vysoce účinných laserových diodů revolucionizoval laserové systémy DPSS a umožnil kompaktnější a efektivnější návrhy [4].
Optická dutina: inženýrství laserového paprsku
Návrh dutiny: Vyvažovací akt fyziky a inženýrství
Optická dutina nebo rezonátor není jen pasivní složkou, ale aktivním účastníkem formování laserového paprsku. Konstrukce dutiny, včetně zakřivení a zarovnání zrcadel, hraje klíčovou roli při určování stability, struktury režimu a výstupu laseru. Dutina musí být navržena tak, aby zvýšila optický zisk při minimalizaci ztrát, což je výzva, která kombinuje optické inženýrství s optikou vlny5.
Podmínky oscilace a výběr režimu
Aby došlo k oscilaci laseru, musí zisk poskytnutý médiem překročit ztráty v dutině. Tato podmínka spojená s požadavkem na superpozici koherentní vlny diktuje, že jsou podporovány pouze určité podélné režimy. Rozteč režimu a celková struktura režimu jsou ovlivněny fyzickou délkou dutiny a indexem lomu mediálního média [6].
Závěr
Návrh a provoz laserových systémů zahrnuje široké spektrum fyzikálních a inženýrských principů. Z kvantové mechaniky, která řídí mé médium po složité inženýrství optické dutiny, hraje každá složka laserového systému zásadní roli v jeho celkové funkčnosti. Tento článek poskytl nahlédnutí do komplexního světa laserové technologie a nabízí poznatky, které rezonují s pokročilým porozuměním profesorů a optických inženýrů v terénu.
Reference
- 1. Siegman, AE (1986). Lasery. Knihy univerzitních věd.
- 2. Svelto, O. (2010). Principy laserů. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Pevné laserové inženýrství. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diodové čerpané lasery pevného stavu. V příručce laserových technologií a aplikací (svazek III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserová fyzika. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laserové základy. Cambridge University Press.
Čas příspěvku:-27-2023