Care este principiul și funcționarea laserelor?

CumLasereMuncă

Cu excepția laserelor cu electroni liberi, principiul de funcționare de bază al tuturor tipurilor de lasere este același. Condițiile esențiale pentru generarea laserului sunt inversarea numărului de particule și câștigul mai mare decât pierderea, astfel încât componentele esențiale ale dispozitivului includ sursa de excitare (sau pompare) și mediul de lucru cu nivel de energie metastabil. Excitația este excitarea mediului de lucru într-o stare excitată după absorbția energiei externe, creând condiții pentru realizarea și menținerea inversării populației de particule. Metodele de excitație includ excitația optică, excitația electrică, excitația chimică și excitația energiei nucleare.

Nivelul de energie metastabil al mediului de lucru face ca radiația stimulată să fie dominantă, realizând astfel amplificarea luminii. Componenta comună a laserului este rezonatorul, dar rezonatorul (vezi rezonatorul optic) nu este o parte esențială. Rezonatorul poate face ca fotonii din cavitate să aibă o frecvență, fază și direcție de rulare consistente, astfel încât laserul să aibă direcționalitate și coerență bune. Mai mult, poate scurta foarte bine lungimea substanței de lucru și poate ajusta, de asemenea, modul luminii laser generate prin schimbarea lungimii cavității rezonante (adică, selecția modului), astfel încât, în general, laserele au o cavitate rezonantă.

Un laser este, în general, format din trei părți:

1. Substanță de lucru:nucleul laserului, doar substanța care poate realiza tranziția la nivel de energie poate fi folosită ca substanță de lucru a laserului.

2. Încurajarea energiei:Funcția sa este de a da energie substanței de lucru și de a excita atomii de la un nivel de energie scăzut la un nivel de energie ridicat de energie externă. De obicei, poate exista energie luminoasă, energie termică, energie electrică, energie chimică și așa mai departe.

3. Cavitatea rezonantă optică:Prima funcție este de a face ca radiația stimulată a substanței de lucru să continue; al doilea este de a accelera continuu fotonii; al treilea este de a limita direcția de ieșire a laserului. Cel mai simplu rezonator optic constă din două oglinzi paralele plasate la ambele capete ale unui laser HeNe. Când unii atomi de neon tranzitează între cele două niveluri de energie care au realizat inversarea numărului de particule și radiază fotoni paralel cu direcția laserului, acești fotoni vor fi reflectați înainte și înapoi între cele două oglinzi, provocând astfel în mod continuu radiații stimulate, Foarte rapid o se produce un laser destul de puternic.

Lumina pură și stabilă din punct de vedere spectral emisă de lasere poate fi utilizată în multe moduri

Laser rubin:Laserul original a fost un rubin care a fost excitat de un bec strălucitor, iar laserul produs a fost un „laser pulsat” mai degrabă decât un fascicul continuu și constant. Calitatea vitezei luminii produsă de acest laser este fundamental diferită de laserul produs de diodele laser pe care le folosim astăzi. Această emisie intensă de lumină, care durează doar câteva nanosecunde, este ideală pentru a captura obiecte care se mișcă ușor, cum ar fi portretele holografice ale oamenilor. Primul portret cu laser a luat naștere în 1967. Laserele cu rubin necesită rubine scumpe și produc doar pulsuri scurte de lumină.

He-Ne Laser:În 1960, oamenii de știință Ali Javan, William R.Brennet Jr. și Donald Herriot au proiectat laserul He-Ne. A fost primul laser cu gaz, un tip de echipament folosit în mod obișnuit de fotografi holografi. Două avantaje: 1. Se generează ieșire laser continuă; 2. Nu este nevoie de bec bliț pentru excitarea luminii, iar gazul este excitat de electricitate.

Dioda laser:Dioda laser este unul dintre cele mai frecvent utilizate lasere în prezent. Fenomenul de recombinare spontană a electronilor și a găurilor de pe ambele părți ale joncțiunii PN a diodei pentru a emite lumină se numește emisie spontană. Când fotonii generați prin emisie spontană trec prin semiconductor, odată ce trec în apropierea perechilor electron-gaură emise, ei pot fi stimulați să se recombine pentru a genera noi fotoni, care induc recombinarea purtătorilor excitați pentru a emite noi fotoni Fenomenul se numește stimulat. emisie.

Dacă curentul injectat este suficient de mare, se va forma distribuția purtătorului opusă stării de echilibru termic, adică populația particulelor este inversată. Când un număr mare de purtători din stratul activ sunt inversați, o cantitate mică de fotoni generați de radiația spontană va genera radiație indusă datorită reflexiei reciproce la ambele capete ale rezonatorului, rezultând un feedback pozitiv al rezonanței selective în funcție de frecvență sau un câștig pentru o anumită frecvență. Când câștigul este mai mare decât pierderea de absorbție, de la joncțiunea PN-laser poate fi emisă lumină coerentă cu linii spectrale bune. Invenția diodelor laser a făcut ca aplicațiile laser să fie rapid populare, iar diverse aplicații, cum ar fi scanarea informațiilor, comunicarea prin fibră optică, distanța laser, radarul laser, discuri laser, pointerii laser, colectarea plăților de la supermarket etc., sunt dezvoltate și popularizate în mod constant.

Informații de contact:

Dacă aveți idei, nu ezitați să discutați cu noi. Indiferent unde sunt clienții noștri și care sunt cerințele noastre, ne vom urmări obiectivul de a oferi clienților noștri calitate înaltă, prețuri mici și cele mai bune servicii.