Det grunnleggende arbeidsprinsippet for en laser (lysforsterkning ved stimulert utslipp av stråling) er basert på fenomenet stimulert utslipp av lys. Gjennom en serie presise design og strukturer genererer lasere bjelker med høy sammenheng, monokromatisitet og lysstyrke. Lasere er mye brukt innen moderne teknologi, inkludert innen felt som kommunikasjon, medisin, produksjon, måling og vitenskapelig forskning. Deres høye effektivitet og presise kontrollegenskaper gjør dem til kjernekomponenten i mange teknologier. Nedenfor er en detaljert forklaring av arbeidsprinsippene til lasere og mekanismene til forskjellige typer lasere.
1. Stimulert utslipp
Stimulert utslipper det grunnleggende prinsippet bak lasergenerering, først foreslått av Einstein i 1917. Dette fenomenet beskriver hvor mer sammenhengende fotoner produseres gjennom samspillet mellom lys og spent tilstand. For bedre å forstå stimulert utslipp, la oss starte med spontan utslipp:
Spontan utslipp: I atomer, molekyler eller andre mikroskopiske partikler, kan elektroner absorbere ekstern energi (for eksempel elektrisk eller optisk energi) og overgang til et høyere energinivå, kjent som den eksiterte tilstanden. Imidlertid er elektroner med spent tilstand ustabile og vil etter hvert komme tilbake til et lavere energinivå, kjent som grunntilstanden, etter en kort periode. Under denne prosessen frigjør elektronet et foton, som er spontan utslipp. Slike fotoner er tilfeldige når det gjelder frekvens, fase og retning, og mangler dermed sammenheng.
Stimulert utslipp: Nøkkelen til stimulert utslipp er at når en eksitert tilstand elektron møter et foton med en energi som samsvarer med overgangsenergien, kan fotonet få elektronet til å gå tilbake til grunntilstanden mens du slipper et nytt foton. Det nye fotonet er identisk med det originale når det gjelder frekvens, fase og forplantningsretning, noe som resulterer i sammenhengende lys. Dette fenomenet forsterker antallet og energien til fotoner betydelig og er kjernemekanismen til lasere.
Positiv tilbakemeldingseffekt av stimulert utslipp: I utformingen av lasere gjentas den stimulerte utslippsprosessen flere ganger, og denne positive tilbakemeldingseffekten kan eksponentielt øke antall fotoner. Ved hjelp av et resonanshulrom opprettholdes koherensen av fotoner, og intensiteten til lysstrålen økes kontinuerlig.
2. Få medium
DeFå mediumer kjernematerialet i laseren som bestemmer amplifisering av fotoner og laserutgangen. Det er det fysiske grunnlaget for stimulert utslipp, og dens egenskaper bestemmer frekvensen, bølgelengden og utgangseffekten til laseren. Typen og egenskapene til forsterkningsmediet påvirker direkte anvendelsen og ytelsen til laseren.
Eksitasjonsmekanisme: Elektroner i forsterkningsmediet må bli begeistret for et høyere energinivå av en ekstern energikilde. Denne prosessen oppnås vanligvis av eksterne energiforsyningssystemer. Vanlige eksitasjonsmekanismer inkluderer:
Elektrisk pumping: Spennende elektronene i forsterkningsmediet ved å bruke en elektrisk strøm.
Optisk pumping: Spennende mediet med en lyskilde (for eksempel en blitzlampe eller en annen laser).
Energinivåsystem: Elektroner i forsterkningsmediet er vanligvis fordelt i spesifikke energinivåer. De vanligste erto-nivå systemerogSystemer på fire nivåer. I et enkelt to-nivå-system overfører elektroner fra grunntilstanden til den begeistrede tilstanden og går deretter tilbake til grunntilstanden gjennom stimulert utslipp. I et system på fire nivåer gjennomgår elektroner mer komplekse overganger mellom forskjellige energinivåer, noe som ofte resulterer i høyere effektivitet.
Typer gevinstmedier:
Gassforsterkningsmedium: For eksempel helium-neon (He-ne) lasere. Gassforsterkningsmedier er kjent for sin stabile produksjon og fast bølgelengde, og er mye brukt som standard lyskilder i laboratorier.
Flytende forsterkningsmedium: For eksempel fargestofflasere. Fargestoffmolekyler har gode eksitasjonsegenskaper over forskjellige bølgelengder, noe som gjør dem ideelle for avstembare lasere.
Solid forsterkningsmedium: For eksempel ND (Neodymium-doped Yttrium aluminiums granat) lasere. Disse laserne er svært effektive og kraftige, og er mye brukt i industriell skjæring, sveising og medisinsk anvendelse.
Halvlederforsterkningsmedium: For eksempel er Gallium Arsenide (GaAS) materialer mye brukt i kommunikasjons- og optoelektroniske enheter som laserdioder.
3. Resonatorhulrom
DeResonatorhulromer en strukturell komponent i laseren som brukes til tilbakemelding og forsterkning. Kjernefunksjonen er å forbedre antall fotoner produsert gjennom stimulert utslipp ved å reflektere og forsterke dem inne i hulrommet, og dermed generere en sterk og fokusert laserutgang.
Struktur av resonatorhulen: Det består vanligvis av to parallelle speil. Den ene er et fullstendig reflekterende speil, kjent somBakre speil, og den andre er et delvis reflekterende speil, kjent somUtgangsspeil. Fotoner reflekterer frem og tilbake i hulrommet og forsterkes gjennom interaksjon med forsterkningsmediet.
Resonansforhold: Utformingen av resonatorhulen må oppfylle visse forhold, for eksempel å sikre at fotoner danner stående bølger inne i hulrommet. Dette krever at hulrommet er et multiplum av laserbølgelengden. Bare lette bølger som oppfyller disse forholdene, kan forsterkes effektivt inne i hulrommet.
Utgangsstråle: Det delvis reflekterende speilet lar en del av den forsterkede lysstrålen passere gjennom, og danner laserens utgangsstrål. Denne strålen har høy retning, sammenheng og monokromatiskhet.
Hvis du vil lære mer eller er interessert i lasere, kan du gjerne kontakte oss:
Lumispot
Adresse: Bygning 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kina
Tlf: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Nettsted: www.lumispottech.com
Post Time: Sep-18-2024