A lézer alapelve (fényerősítés a sugárzás stimulált kibocsátásával) a stimulált fénykibocsátás jelenségén alapul. Pontos minták és szerkezetek sorozatán keresztül a lézerek nagy koherenciával, monokróm és fényerővel rendelkező gerendákat generálnak. A lézereket széles körben használják a modern technológiában, ideértve az olyan területeket is, mint a kommunikáció, az orvostudomány, a gyártás, a mérés és a tudományos kutatások. Nagy hatékonyságú és pontos vezérlési tulajdonságaik sok technológia alapvető alkotóelemévé teszik őket. Az alábbiakban ismertetjük a lézerek működési alapelveinek és a különféle típusú lézerek mechanizmusainak részletes magyarázatát.
1. Stimulált kibocsátás
Stimulált kibocsátása lézergeneráció mögött meghúzódó alapelv, amelyet először Einstein javasolt 1917-ben. Ez a jelenség leírja, hogy a fény és az izgatott állapot közötti kölcsönhatás révén hogyan állítják elő koherensebb fotonokat. A stimulált emisszió jobb megértése érdekében kezdjük a spontán emisszióval:
Spontán emisszió: Atomokban, molekulákban vagy más mikroszkopikus részecskékben az elektronok képesek felszívni a külső energiát (például elektromos vagy optikai energiát), és átmenetet egy magasabb energiaszintre, az úgynevezett gerjesztett állapotnak. Az izgatott állapotú elektronok azonban instabilok, és rövid idő után végül visszatérnek egy alacsonyabb energiaszintre, amelyet alapállapotnak neveznek. E folyamat során az elektron felszabadít egy fotont, amely spontán emisszió. Az ilyen fotonok véletlenszerűek a frekvencia, a fázis és az irány szempontjából, és így hiányzik a koherencia.
Stimulált kibocsátás: A stimulált emisszió kulcsa az, hogy amikor egy gerjesztett állapotú elektron olyan fotonnal találkozik, amelynek megfelel az átmeneti energiájának, akkor a foton felszólíthatja az elektronot, hogy térjen vissza az alapállapotba, miközben új fotont bocsát ki. Az új foton megegyezik az eredetivel a frekvencia, a fázis és a terjedési irány szempontjából, és koherens fényt eredményez. Ez a jelenség jelentősen felerősíti a fotonok számát és energiáját, és ez a lézerek alapmechanizmusa.
A stimulált kibocsátás pozitív visszacsatolási hatása: A lézerek tervezésekor a stimulált kibocsátási folyamatot többször megismételik, és ez a pozitív visszacsatolási hatás exponenciálisan növelheti a fotonok számát. A rezonáns üreg segítségével fenntartják a fotonok koherenciáját, és a fénysugár intenzitása folyamatosan növekszik.
2.
Anyereséget szereza lézer magja, amely meghatározza a fotonok amplifikációját és a lézer kimenetet. Ez a stimulált emisszió fizikai alapja, és tulajdonságai meghatározzák a lézer frekvenciáját, hullámhosszát és kimeneti teljesítményét. A nyereségközeg típusa és jellemzői közvetlenül befolyásolják a lézer alkalmazását és teljesítményét.
Gerjesztési mechanizmus: Az erősítő tápközegben lévő elektronoknak egy külső energiaforrás által nagyobb energiaszintet kell izgatni. Ezt a folyamatot általában a külső energiaellátó rendszerek végzik. A gyakori gerjesztési mechanizmusok a következők:
Elektromos szivattyúzás: Izgalmas az elektronok az erősítő táptalajban elektromos áram alkalmazásával.
Optikai szivattyúzás: Izgalmas a tápközeg fényforrással (például egy flash lámpa vagy más lézer).
Energiaszintrendszer: Az erősítő táptalaj elektronjai általában meghatározott energiaszinten vannak elosztva. A leggyakoribb akétszintű rendszerekésnégyszintű rendszerek- Egy egyszerű kétszintű rendszerben az elektronok az alapállapotból az izgatott állapotba váltak, majd stimulált emisszióval térnek vissza az alapállapotba. Négy szintű rendszerben az elektronok bonyolultabb átmeneteken mennek keresztül a különböző energiaszintek között, ami gyakran nagyobb hatékonyságot eredményez.
A nyereség típusai:
Gáznövekedési közeg: Például a hélium-neon (he-ne) lézerek. A gáznövekedési tápközeg stabil kimenetükről és rögzített hullámhosszukról ismert, és a laboratóriumokban széles körben használják standard fényforrásokként.
Folyékony nyereségközeg: Például festék lézerek. A festékmolekulák jó gerjesztési tulajdonságokkal rendelkeznek a különböző hullámhosszon, így ideálisak a hangolható lézerekhez.
Szilárd erősítő táptalaj: Például ND (neodímium-adalékolt Yttrium alumínium gránát) lézerek. Ezek a lézerek rendkívül hatékonyak és erőteljesek, és széles körben használják az ipari vágásban, hegesztésben és orvosi alkalmazásokban.
Félvezető erősítő táptalaj: Például a gallium -arzenid (GAAS) anyagokat széles körben használják a kommunikációban és az optoelektronikus eszközökben, például a lézerdiódokban.
3. A rezonátor ürege
Arezonátorürega visszajelzéshez és az amplifikációhoz használt lézer szerkezeti eleme. Alapvető funkciója az, hogy javítsa a stimulált kibocsátás révén előállított fotonok számát az üreg belsejében történő tükrözéssel és amplifikálásával, ezáltal erős és koncentrált lézer kimenetet generálva.
A rezonátor üregének felépítése: Ez általában két párhuzamos tükrből áll. Az egyik egy teljesen fényvisszaverő tükör, az úgynevezetthátsó tükör, és a másik egy részben fényvisszaverő tükör, az úgynevezettkimeneti tükör- A fotonok előre -hátra tükrözik az üregben, és a erősítő táptalajjal való interakció révén amplifikálódnak.
Rezonancia állapot: A rezonátor üregének kialakításának bizonyos feltételeknek meg kell felelnie, például annak biztosítására, hogy a fotonok álló hullámokat képezzenek az üregben. Ehhez az üreghossznak a lézerhullám hosszának többsége szükséges. Csak az ezeknek a feltételeknek megfelelő fényhullámok hatékonyan fel lehet erősíteni az üregben.
Kimenő sugár: A részlegesen fényvisszaverő tükör lehetővé teszi az amplifikált fénysugár egy részét, hogy áthaladjon, így a lézer kimeneti gerendája. Ennek a sugárnak nagy iránymutatása, koherenciája és monokrómája van.
Ha többet szeretne megtudni, vagy érdekel a lézerek, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot:
Lumispot
Cím: 4. épület #, No.99 Furong 3. út, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kína
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Webhely: www.lumispot-tech.com
A postai idő: szeptember 18-2024