Aký je princíp a fungovanie laserov?

AkoLaseryPráca

S výnimkou laserov s voľnými elektrónmi je základný princíp činnosti všetkých druhov laserov rovnaký. Základnými podmienkami pre generovanie lasera sú inverzia počtu častíc a zisk väčší ako strata, takže medzi základné komponenty zariadenia patrí budiaci (alebo čerpací) zdroj a pracovné médium s metastabilnou úrovňou energie. Excitácia je vybudenie pracovného média do excitovaného stavu po pohltení vonkajšej energie, čím sa vytvárajú podmienky na realizáciu a udržanie inverzie populácie častíc. Metódy excitácie zahŕňajú optickú excitáciu, elektrickú excitáciu, chemickú excitáciu a jadrovú energiu.

Metastabilná energetická hladina pracovného média robí stimulované žiarenie dominantným, čím dochádza k zosilneniu svetla. Spoločnou súčasťou lasera je rezonátor, ale rezonátor (pozri optický rezonátor) nie je podstatnou súčasťou. Rezonátor môže spôsobiť, že fotóny v dutine budú mať konzistentnú frekvenciu, fázu a smer chodu, takže laser má dobrú smerovosť a koherenciu. Okrem toho môže veľmi dobre skrátiť dĺžku pracovnej látky a môže tiež upraviť režim generovaného laserového svetla zmenou dĺžky rezonančnej dutiny (to znamená výber režimu), takže vo všeobecnosti majú lasery rezonančnú dutinu.

Lasery A sa vo všeobecnosti skladajú z troch častí:

1. Pracovná látka:V jadre lasera môže byť ako pracovná látka lasera použitá len látka, ktorá môže dosiahnuť prechod energetickej hladiny.

2. Povzbudzovanie energie:Jeho funkciou je dodať energiu pracovnej látke a excitovať atómy z nízkej energetickej úrovne na vysokoenergetickú vonkajšiu energiu. Zvyčajne to môže byť svetelná energia, tepelná energia, elektrická energia, chemická energia atď.

3. Optická rezonančná dutina:Prvou funkciou je, aby stimulované žiarenie pracovnej látky pokračovalo; druhým je nepretržité zrýchľovanie fotónov; tretím je obmedzenie smeru výstupu lasera. Najjednoduchší optický rezonátor pozostáva z dvoch paralelných zrkadiel umiestnených na oboch koncoch HeNe laseru. Keď niektoré neónové atómy prechádzajú medzi dvoma energetickými úrovňami, ktoré dosiahli inverziu počtu častíc, a vyžarujú fotóny rovnobežne so smerom lasera, tieto fotóny sa budú odrážať tam a späť medzi dvoma zrkadlami, čím neustále spôsobujú stimulované žiarenie, veľmi rýchlo a vyrába sa pomerne výkonný laser.

Čisté a spektrálne stabilné svetlo vyžarované lasermi sa dá využiť mnohými spôsobmi

Rubínový laser:Pôvodný laser bol rubín, ktorý bol vzrušený jasnou blikajúcou žiarovkou a vytvorený laser bol skôr "pulzný laser" než nepretržitý stály lúč. Kvalita rýchlosti svetla produkovaného týmto laserom je zásadne odlišná od lasera produkovaného laserovými diódami, ktoré dnes používame. Toto intenzívne vyžarovanie svetla, ktoré trvá len niekoľko nanosekúnd, je ideálne na zachytenie ľahko sa pohybujúcich objektov, ako sú holografické portréty ľudí. Prvý laserový portrét sa zrodil v roku 1967. Rubínové lasery vyžadujú drahé rubíny a vytvárajú len krátke pulzy svetla.

He-Ne laser:V roku 1960 vedci Ali Javan, William R.Brennet Jr. a Donald Herriot navrhli He-Ne laser. Bol to prvý plynový laser, typ zariadenia bežne používaného holografickými fotografmi. Dve výhody: 1. Vytvára sa nepretržitý laserový výstup; 2. Na budenie svetla nie je potrebná žiadna blesková žiarovka a plyn je budený elektrinou.

Laserová dióda:Laserová dióda je v súčasnosti jedným z najpoužívanejších laserov. Fenomén spontánnej rekombinácie elektrónov a dier na oboch stranách PN prechodu diódy za účelom vyžarovania svetla sa nazýva spontánna emisia. Keď fotóny generované spontánnou emisiou prechádzajú polovodičom, akonáhle prejdú blízko emitovaných párov elektrón-diera, môžu byť stimulované k rekombinácii, aby vytvorili nové fotóny, ktoré indukujú rekombináciu excitovaných nosičov, aby emitovali nové fotóny Tento jav sa nazýva stimulovaný emisie.

Ak je vstrekovaný prúd dostatočne veľký, vytvorí sa distribúcia nosiča opačná k stavu tepelnej rovnováhy, to znamená, že populácia častíc je obrátená. Keď sa obráti veľký počet nosičov v aktívnej vrstve, malé množstvo fotónov generovaných spontánnym žiarením vygeneruje indukované žiarenie v dôsledku recipročného odrazu na oboch koncoch rezonátora, čo vedie k pozitívnej spätnej väzbe frekvenčne selektívnej rezonancie, resp. zisk pre určitú frekvenciu. Keď je zisk väčší ako strata absorpcie, koherentné svetlo s dobrými spektrálnymi čiarami môže byť emitované z PN prechodu - lasera. Vynález laserových diód urobil laserové aplikácie rýchlo populárnymi a rôzne aplikácie, ako je skenovanie informácií, komunikácia s optickými vláknami, laserový rozsah, laserový radar, laserové disky, laserové ukazovátka, zber platieb v supermarketoch atď., sa neustále vyvíjajú a popularizujú.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.