Základní pracovní princip laseru (amplifikace světla stimulovanou emisí záření) je založen na jevu stimulované emise světla. Prostřednictvím řady přesných konstrukcí a struktur vytvářejí lasery paprsky s vysokou koherencí, monochromatičností a jasem. Lasery se široce používají v moderních technologiích, a to i v oborech, jako je komunikace, medicína, výroba, měření a vědecký výzkum. Jejich vysoká účinnost a přesné kontrolní charakteristiky z nich činí základní součást mnoha technologií. Níže je podrobné vysvětlení pracovních principů laserů a mechanismů různých typů laserů.
1. Stimulovaná emise
Stimulovaná emiseje základní princip za generací laseru, který poprvé navrhl Einstein v roce 1917. Tento jev popisuje, jak jsou koherentní fotony produkovány interakcí mezi světlem a excitovanou stavem. Abychom lépe porozuměli stimulované emisi, začněme spontánními emisemi:
Spontánní emise: U atomů, molekul nebo jiných mikroskopických částic mohou elektrony absorbovat vnější energii (jako je elektrická nebo optická energie) a přechod na vyšší energetickou hladinu, známou jako excitovaný stav. Elektrony excitovaného stavu jsou však nestabilní a nakonec se po krátké době vrátí na nižší energetickou hladinu, známou jako základní stav. Během tohoto procesu elektron uvolní foton, což je spontánní emise. Takové fotony jsou náhodné z hlediska frekvence, fáze a směru, a proto postrádají koherenci.
Stimulovaná emise: Klíčem ke stimulované emisi je to, že když se excitovaný stav narazí na foton s energií odpovídající její přechodné energii, foton může přimět elektron, aby se vrátil do základního stavu a uvolnil nový foton. Nový foton je totožný s původním způsobem z hlediska frekvence, fáze a směru šíření, což má za následek koherentní světlo. Tento jev významně zesiluje počet a energii fotonů a je základním mechanismem laserů.
Pozitivní zpětná vazba účinku stimulované emise: Při návrhu laserů se stimulovaný emisní proces opakuje několikrát a tento pozitivní efekt zpětné vazby může exponenciálně zvýšit počet fotonů. S pomocí rezonanční dutiny je udržována koherence fotonů a intenzita světelného paprsku se neustále zvyšuje.
2. Získat médium
Thezískat médiumje materiál jádra v laseru, který určuje amplifikace fotonů a laserového výstupu. Je to fyzický základ pro stimulované emise a jeho vlastnosti určují frekvenci, vlnovou délku a výstupní výkon laseru. Typ a charakteristiky média zisku přímo ovlivňují aplikaci a výkon laseru.
Excitační mechanismus: Elektrony v mediálním médiu musí být nadšené na vyšší energetickou úroveň externím zdrojem energie. Tento proces je obvykle dosažen pomocí externích systémů dodávek energie. Mezi běžné excitační mechanismy patří:
Elektrické čerpání: Vzrušující elektrony v mediálním médiu použitím elektrického proudu.
Optické čerpání: Vzrušující médium se světelným zdrojem (jako je blesková lampa nebo jiný laser).
Systém energetických hladin: Elektrony v médiu Gain jsou obvykle distribuovány ve specifické úrovni energie. Nejběžnější jsouDvouúrovňové systémyačtyřúrovňové systémy. V jednoduchém dvouúrovňovém systému přecházejí elektrony z pozemního stavu do vzrušeného stavu a poté se vracejí do základního stavu stimulovanou emisí. Ve čtyřúrovňovém systému podléhají elektrony složitější přechody mezi různými hladinami energie, což často vede k vyšší účinnosti.
Typy mediálních médií:
Zisk plynu střední: Například lasery helium-neon (He-ne). Média pro zisk plynu jsou známé pro jejich stabilní výstup a pevnou vlnovou délku a jsou široce používány jako standardní zdroje světla v laboratořích.
Kapalný zisk médium: Například barvicí lasery. Molekuly barviv mají dobré excitační vlastnosti na různých vlnových délkách, což z nich činí ideální pro laditelné lasery.
Solidní zisk médium: Například ND (neodymium dotované hliníkové granátové) lasery. Tyto lasery jsou vysoce efektivní a výkonné a široce se používají při průmyslovém řezání, svařování a lékařských aplikacích.
Polovodičový zisk médium: Například materiály Gallium Arsenid (GaAS) se široce používají v komunikačních a optoelektronických zařízeních, jako jsou laserové diody.
3. dutina rezonátoru
TheDutina rezonátoruje strukturální složka v laseru používaném pro zpětnou vazbu a zesílení. Jeho základní funkcí je zvýšit počet fotonů produkovaných stimulovaným emisím tím, že je odráží a zesiluje je uvnitř dutiny, čímž se vytvoří silný a soustředěný laserový výstup.
Struktura dutiny rezonátoru: Obvykle se skládá ze dvou paralelních zrcadel. Jeden je plně reflexní zrcadlo, známé jakoZadní zrcadlo, a druhý je částečně reflexní zrcadlo, známé jakovýstupní zrcadlo. Fotony se odrážejí tam a zpět v dutině a jsou zesíleny interakcí s mediálním médiem.
Rezonanční stav: Návrh dutiny rezonátoru musí splňovat určité podmínky, jako je zajištění toho, aby fotony tvořily stojící vlny uvnitř dutiny. To vyžaduje, aby délka dutiny byla násobkem laserové vlnové délky. Uvnitř dutiny mohou být účinně zesíleny pouze lehké vlny, které splňují tyto podmínky.
Výstupní paprsek: Částečně reflexní zrcadlo umožňuje projít část zesíleného světelného paprsku a vytváří výstupní paprsek laseru. Tento paprsek má vysokou směrovost, soudržnost a monochromatičnost.
Pokud se chcete dozvědět více nebo máte zájem o lasery, neváhejte nás kontaktovat:
Lumispot
Adresa: Budova 4 #, č. 99 Furong 3. silnice, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Čína
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web: www.lumispot-tech.com
Čas příspěvku: sep-18-2024