Основной принцип работы лазера (амплификация света путем стимулированного излучения излучения) основан на явлении стимулированного излучения света. Через серию точных конструкций и конструкций лазеры генерируют балки с высокой когерентностью, монохроматичностью и яркости. Лазеры широко используются в современных технологиях, в том числе в таких областях, как коммуникация, медицина, производство, измерение и научные исследования. Их высокая эффективность и точные характеристики управления делают их основным компонентом многих технологий. Ниже приведено подробное объяснение принципов работы лазеров и механизмов различных типов лазеров.
1. Стимулированное излучение
Стимулированная эмиссияявляется фундаментальным принципом, лежащим в основе генерации лазера, впервые предложенного Эйнштейном в 1917 году. Это явление описывает, как больше когерентных фотонов производятся посредством взаимодействия света и вещества возбужденного состояния. Чтобы лучше понять стимулированное излучение, давайте начнем с самопроизвольной эмиссии:
Спонтанное излучение: У атомов, молекул или других микроскопических частиц электроны могут поглощать внешнюю энергию (такую как электрическую или оптическую энергию) и переходить к более высокого уровня энергии, известный как возбужденное состояние. Тем не менее, электроны возбужденного состояния нестабильны и в конечном итоге вернутся к более низкому уровню энергии, известным как основное состояние, после короткого периода. Во время этого процесса электрон выпускает фотон, который является спонтанным излучением. Такие фотоны случайны с точки зрения частоты, фазы и направления, и, следовательно, не имеют согласованности.
Стимулированная эмиссия: Ключ к стимулированной эмиссии заключается в том, что когда электрон возбужденного состояния сталкивается с фотоном с энергией, соответствующей энергии перехода, фотон может побудить электрон вернуться к основному состоянию при выпуске нового фотона. Новый фотон идентичен исходному с точки зрения частоты, фазы и направления распространения, что приводит к когерентному свету. Это явление значительно усиливает количество и энергию фотонов и является основным механизмом лазеров.
Положительный эффект отзывы стимулированного излучения: При проектировании лазеров процесс стимулированного излучения повторяется несколько раз, и этот эффект положительной обратной связи может экспоненциально увеличить количество фотонов. С помощью резонансной полости сохраняется когерентность фотонов, и интенсивность луча света постоянно увеличивается.
2. Получите среду
Аполучить средуявляется основным материалом в лазере, который определяет амплификацию фотонов и лазерный выход. Это физическая основа для стимулированного излучения, и его свойства определяют частоту, длину волны и выходную мощность лазера. Тип и характеристики среды усиления напрямую влияют на применение и производительность лазера.
Механизм возбуждения: Электроны в среде усиления должны быть возбуждены до более высокого уровня энергии с помощью внешнего источника энергии. Этот процесс обычно достигается с помощью внешних систем энергоснабжения. Общие механизмы возбуждения включают:
Электрическая накачка: Захватывает электроны в среде усиления, применяя электрический ток.
Оптическая накачка: Захватывает среду с источником света (например, флэш -лампой или другой лазер).
Система уровней энергии: Электроны в среде усиления обычно распределяются по определенным уровням энергии. Наиболее распространеннымидвухуровневые системыичетырехуровневые системыПолем В простой двухуровневой системе электроны переходят от основного состояния к возбужденному состоянию, а затем возвращаются в основное состояние посредством стимулированного излучения. В четырехсторонней системе электроны подвергаются более сложным переходам между различными уровнями энергии, что часто приводит к повышению эффективности.
Типы Gain Media:
Газ среднийНапример, гелиум-неон (He-ne) лазеры. Носители газа известны своим стабильным выходом и фиксированной длиной волны и широко используются в качестве стандартных источников света в лабораториях.
Жидкость среда: Например, красительные лазеры. Молекулы красителя обладают хорошими свойствами возбуждения на разных длинах волн, что делает их идеальными для настраиваемых лазеров.
Твердое усиление среда: Например, ND (легированный неодимием иттрий-алюминиевый гранат) лазеры. Эти лазеры высокоэффективны и мощны, и широко используются в промышленной резке, сварке и медицинском применении.
Полупроводник усиление среда: Например, материалы арсенида галлия (GAAS) широко используются в связи и оптоэлектронных устройствах, таких как лазерные диоды.
3. Резонаторная полость
Арезонаторная полостьявляется структурным компонентом в лазере, используемом для обратной связи и усиления. Его основная функция заключается в увеличении количества фотонов, полученных посредством стимулированного излучения путем отражения и усиления их внутри полости, создавая сильную и сфокусированную лазерную выход.
Структура резонатора: Обычно состоит из двух параллельных зеркал. Одним из них является полностью отражающее зеркало, известное какзаднее зеркалоа другой - частично отражающее зеркало, известное какВыходное зеркалоПолем Фотоны отражаются вперед и назад внутри полости и усиливаются посредством взаимодействия со средой усиления.
Условие резонанса: Конструкция резонаторной полости должна соответствовать определенным условиям, таким как обеспечение того, чтобы фотоны образовали стоящие волны внутри полости. Это требует, чтобы длина полости была кратной из лазерной длины волны. Только легкие волны, которые соответствуют этим условиям, могут быть эффективно усилены внутри полости.
Выходной луч: Частично отражающее зеркало позволяет пройти часть усиленного светового луча, образуя выходной луче лазера. Этот луч имеет высокую направленность, когерентность и монохромативность.
Если вы хотите узнать больше или заинтересовать лазеры, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам:
Lumispot
Адрес: здание 4 #, № 99 Фуронг 3 -я дорога, Xishan Dist. Вуси, 214000, Китай
Тел: + 86-0510 87381808.
Мобильный: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-сайт: www.lumispot-tech.com
Время публикации: сентябрь-18-2024