Жедел пост алу үшін біздің әлеуметтік медиаға жазылыңыз
Заманауи технологияның ірге тасы болып табылатын лазерлер күрделі болғанымен қызықты. Олардың жүрегінде үйлесімді, күшейтілген жарық шығару үшін үйлесімді жұмыс істейтін компоненттердің симфониясы жатыр. Бұл блог лазерлік технологияны тереңірек түсінуді қамтамасыз ету үшін ғылыми принциптер мен теңдеулермен расталған осы компоненттердің қыр-сырын зерттейді.
Лазерлік жүйенің құрамдас бөліктеріне қосымша түсініктер: кәсіпқойларға арналған техникалық перспектива
| Құрамдас | Функция | Мысалдар |
| Орташа алу | Күту ортасы - жарықты күшейту үшін қолданылатын лазердегі материал. Ол популяцияның инверсиясы және ынталандырылған эмиссия процесі арқылы жарықтың күшейтілуін жеңілдетеді. Күшейтетін ортаны таңдау лазердің сәулелену сипаттамаларын анықтайды. | Қатты күйдегі лазерлер: мысалы, Nd:YAG (неодим қосылған итрий алюминий гранаты), медициналық және өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылады.Газ лазерлері: мысалы, кесу және дәнекерлеу үшін қолданылатын CO2 лазерлері.Жартылай өткізгіш лазерлер:мысалы, талшықты-оптикалық байланыста және лазерлік көрсеткіштерде қолданылатын лазерлік диодтар. |
| Сорғы көзі | Сорғы көзі лазермен жұмыс істеуге мүмкіндік беретін популяция инверсиясына (популяцияның инверсиясы үшін энергия көзі) жету үшін күшейту ортасына энергия береді. | Оптикалық айдау: қатты күйдегі лазерлерді айдау үшін шамдар сияқты қарқынды жарық көздерін пайдалану.Электр сорғы: Газ лазерлеріндегі газды электр тогы арқылы қоздыру.Жартылай өткізгішті айдау: қатты күйдегі лазер ортасын айдау үшін лазерлік диодтарды пайдалану. |
| Оптикалық қуыс | Екі айнадан тұратын оптикалық қуыс күшейту ортасындағы жарық жолының ұзындығын ұлғайту үшін жарықты көрсетеді, осылайша жарықтың күшейтілуін күшейтеді. Ол сәуленің спектрлік және кеңістіктік сипаттамаларын таңдай отырып, лазерлік күшейту үшін кері байланыс механизмін қамтамасыз етеді. | Жазық-жазық қуыс: Зертханалық зерттеулерде қолданылады, құрылымы қарапайым.Жазық-ойыс қуыс: Өнеркәсіптік лазерлерде жиі кездеседі, жоғары сапалы сәулелерді қамтамасыз етеді. Сақина қуысы: Сақиналы газ лазерлері сияқты сақиналы лазерлердің арнайы конструкцияларында қолданылады. |
Пайда ортасы: кванттық механика мен оптикалық инженерияның байланысы
Күту ортасындағы кванттық динамика
Күшейту ортасы - бұл кванттық механикада терең тамырланған құбылыс, жарық күшейтудің іргелі процесі жүретін жерде. Энергия күйлері мен ортадағы бөлшектердің өзара әрекеттесуі ынталандырылған эмиссия және популяцияның инверсиясы принциптерімен реттеледі. Жарық қарқындылығы (I), бастапқы қарқындылық (I0), өту қимасы (σ21) және екі энергетикалық деңгейдегі (N2 және N1) бөлшектер сандары арасындағы критикалық байланыс I = I0e^ теңдеуімен сипатталады. (σ21(N2-N1)L). N2 > N1 болатын популяциялық инверсияға қол жеткізу күшейту үшін өте маңызды және лазерлік физиканың ірге тасы болып табылады[1].
Үш деңгейлі және төрт деңгейлі жүйелер
Практикалық лазерлік конструкцияларда әдетте үш деңгейлі және төрт деңгейлі жүйелер қолданылады. Үш деңгейлі жүйелер қарапайым болғанымен, популяцияның инверсиясына қол жеткізу үшін көбірек энергияны қажет етеді, өйткені төменгі лазер деңгейі негізгі күй болып табылады. Төрт деңгейлі жүйелер, керісінше, жоғары энергия деңгейінен жылдам радиациялық емес ыдырауға байланысты популяцияның инверсиясына тиімдірек жолды ұсынады, бұл оларды заманауи лазерлік қолданбаларда кеңірек етеді[2].
Is Эрбиум қосылған шыныпайда ортасы?
Иә, эрбий қосылған әйнек шынымен де лазерлік жүйелерде қолданылатын күшейту ортасының бір түрі болып табылады. Осы тұрғыда «допинг» шыныға белгілі бір мөлшерде эрбий иондарын (Er³⁺) қосу процесін білдіреді. Эрбиум – сирек жер элементі, ол шыны қондырмаға қосылған кезде лазерлік жұмыстың негізгі процесі болып табылатын ынталандырылған сәуле шығару арқылы жарықты тиімді күшейте алады.
Эрбий қосылған әйнек талшықты лазерлерде және талшықты күшейткіштерде, әсіресе телекоммуникация саласында қолданылуымен ерекшеленеді. Ол осы қолданбаларға өте қолайлы, себебі ол шамамен 1550 нм толқын ұзындығында жарықты тиімді түрде күшейтеді, бұл стандартты кремнеземдік талшықтардағы аз жоғалуына байланысты оптикалық талшықты байланыс үшін негізгі толқын ұзындығы болып табылады.
Theэрбиумиондар сорғы жарығын сіңіреді (көбінесе алазерлік диод) және жоғары энергетикалық күйлерге қозғалады. Төменгі энергетикалық күйге оралғанда, олар лазерлік процеске үлес қосатын лазерлік толқын ұзындығында фотондарды шығарады. Бұл эрбий қосылған әйнекті әртүрлі лазерлік және күшейткіш конструкцияларында тиімді және кеңінен қолданылатын күшейту ортасына айналдырады.
Қатысты блогтар: Жаңалықтар - Эрбиум қосылған әйнек: ғылым және қолданбалар
Сорғы механизмдері: лазерлердің артындағы қозғаушы күш
Популяциялық инверсияға қол жеткізудің әртүрлі тәсілдері
Сорғы механизмін таңдау тиімділіктен шығыс толқын ұзындығына дейін барлығына әсер ететін лазерлік дизайнда шешуші рөл атқарады. Жарық шамдары немесе басқа лазерлер сияқты сыртқы жарық көздерін пайдаланатын оптикалық айдау қатты күйдегі және бояғыш лазерлерде жиі кездеседі. Электрлік разряд әдістері әдетте газ лазерлерінде қолданылады, ал жартылай өткізгішті лазерлер жиі электронды инъекцияны пайдаланады. Бұл айдау механизмдерінің тиімділігі, әсіресе диодпен айдалатын қатты күйдегі лазерлерде, жоғары тиімділік пен жинақылықты ұсынатын соңғы зерттеулердің маңызды бағыты болды[3].
Сорғы тиімділігіндегі техникалық ескерулер
Сорғы процесінің тиімділігі лазерлік дизайнның маңызды аспектісі болып табылады, ол жалпы өнімділікке және қолдану жарамдылығына әсер етеді. Қатты күйдегі лазерлерде сорғы көзі ретінде шамдар мен лазерлік диодтар арасындағы таңдау жүйенің тиімділігіне, жылу жүктемесіне және сәуленің сапасына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Жоғары қуатты, жоғары тиімді лазерлік диодтардың дамуы DPSS лазерлік жүйелерінде төңкеріс жасап, ықшам және тиімді дизайнға мүмкіндік берді[4].
Оптикалық қуыс: лазер сәулесін құрастыру
Қуыс дизайны: Физика мен техниканың теңдестіру актісі
Оптикалық қуыс немесе резонатор жай ғана пассивті компонент емес, сонымен қатар лазер сәулесін қалыптастырудың белсенді қатысушысы болып табылады. Айналардың қисаюы мен туралануын қоса алғанда, қуыстың дизайны лазердің тұрақтылығын, режим құрылымын және шығысын анықтауда шешуші рөл атқарады. Қуыс оптикалық инженерияны толқындық оптикамен біріктіретін шығындарды азайта отырып, оптикалық күшейтуді жақсарту үшін жобалануы керек.5.
Тербеліс шарттары және режимді таңдау
Лазерлік тербеліс пайда болуы үшін орта беретін күшейту қуыс ішіндегі жоғалтулардан асып түсуі керек. Бұл шарт когерентті толқынның суперпозициясына қойылатын талаппен қоса, тек белгілі бір бойлық режимдерге қолдау көрсетілетінін талап етеді. Режим аралығы мен жалпы режим құрылымына қуыстың физикалық ұзындығы және күшейту ортасының сыну көрсеткіші әсер етеді[6].
Қорытынды
Лазерлік жүйелердің дизайны мен жұмысы физика мен инженерлік принциптердің кең спектрін қамтиды. Күшейтін ортаны басқаратын кванттық механикадан бастап оптикалық қуыстың күрделі инженериясына дейін лазерлік жүйенің әрбір құрамдас бөлігі оның жалпы функционалдығында маңызды рөл атқарады. Бұл мақала лазерлік технологияның күрделі әлеміне шолу жасап, осы саладағы профессорлар мен оптикалық инженерлердің озық түсінігіне сәйкес келетін түсініктерді ұсынады.
Анықтамалар
- 1. Siegman, AE (1986). Лазерлер. Университеттің ғылыми кітаптары.
- 2. Свелто, О. (2010). Лазерлердің жұмыс істеу принциптері. Springer.
- 3. Кохнер, В. (2006). Қатты күйдегі лазерлік инженерия. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Диодты айдалатын қатты күйдегі лазерлер. Лазерлік технологиялар және қолданбалар анықтамалығында (III том). CRC түймесін басыңыз.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Лазерлік физика. Уайли.
- 6. Silfvast, WT (2004). Лазер негіздері. Кембридж университетінің баспасөзі.
Жіберу уақыты: 27 қараша 2023 ж