Жедел жазбалар үшін біздің әлеуметтік желілерге жазылыңыз
Қазіргі заманғы технологияның негізі болып табылатын лазерлер күрделілігімен қатар қызықты. Олардың негізінде когерентті, күшейтілген жарық шығару үшін бірлесіп жұмыс істейтін компоненттердің симфониясы жатыр. Бұл блог лазерлік технологияны тереңірек түсіну үшін ғылыми принциптер мен теңдеулермен қолдау тапқан осы компоненттердің қыр-сырын тереңірек зерттейді.
Лазерлік жүйенің компоненттеріне тереңірек түсініктер: мамандарға арналған техникалық көзқарас
| Компонент | Функция | Мысалдар |
| Орташа күшейту | Күшейту ортасы - лазердегі жарықты күшейту үшін қолданылатын материал. Ол популяция инверсиясы және ынталандырылған сәулелену процесі арқылы жарықтың күшейтілуін жеңілдетеді. Күшейту ортасын таңдау лазердің сәулелену сипаттамаларын анықтайды. | Қатты денелі лазерлерМысалы, Nd:YAG (неодиммен легирленген иттрий алюминий гранаты), медициналық және өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылады.Газ лазерлерімысалы, кесу және дәнекерлеу үшін қолданылатын CO2 лазерлері.Жартылай өткізгіш лазерлер:мысалы, талшықты-оптикалық байланыста және лазерлік көрсеткіштерде қолданылатын лазерлік диодтар. |
| Сорғы көзі | Сорғы көзі лазерлік жұмысты қамтамасыз ету үшін популяция инверсиясына (популяция инверсиясының энергия көзі) қол жеткізу үшін күшейту ортасына энергия береді. | Оптикалық сорғыҚатты денелі лазерлерді айдау үшін жарық шамдары сияқты қарқынды жарық көздерін пайдалану.Электрлік сорғыГаз лазерлеріндегі газды электр тогы арқылы қоздыру.Жартылай өткізгішті сорғылауҚатты күйдегі лазерлік ортаны айдау үшін лазерлік диодтарды пайдалану. |
| Оптикалық қуыс | Екі айнадан тұратын оптикалық қуыс күшейту ортасындағы жарық жолының ұзындығын арттыру үшін жарықты шағылыстырады, осылайша жарықтың күшейтілуін күшейтеді. Ол лазерлік күшейту үшін кері байланыс механизмін қамтамасыз етеді, жарықтың спектрлік және кеңістіктік сипаттамаларын таңдайды. | Жазық-жазық қуысЗертханалық зерттеулерде қолданылады, құрылымы қарапайым.Жазық-ойыс қуысӨнеркәсіптік лазерлерде кең таралған, жоғары сапалы сәулелерді қамтамасыз етеді. Сақина қуысыСақиналы лазерлердің арнайы конструкцияларында, мысалы, сақиналы газ лазерлерінде қолданылады. |
Күшейту ортасы: кванттық механика мен оптикалық инженерияның байланысы
Күшейту ортасындағы кванттық динамика
Күшейту ортасы - жарықты күшейтудің негізгі процесі жүретін жер, бұл кванттық механикада терең тамыр жайған құбылыс. Энергия күйлері мен орта ішіндегі бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесу ынталандырылған сәулелену және популяция инверсиясы принциптерімен реттеледі. Жарық қарқындылығы (I), бастапқы қарқындылық (I0), өтпелі қима (σ21) және екі энергия деңгейіндегі (N2 және N1) бөлшектер саны арасындағы маңызды байланыс I = I0e^(σ21(N2-N1)L теңдеуімен сипатталады. N2 > N1 болатын популяция инверсиясына қол жеткізу күшейту үшін өте маңызды және лазерлік физиканың негізі болып табылады.1].
Үш деңгейлі және төрт деңгейлі жүйелер
Лазерлік конструкцияларда үш деңгейлі және төрт деңгейлі жүйелер жиі қолданылады. Үш деңгейлі жүйелер қарапайым болғанымен, төменгі лазерлік деңгей негізгі күйде болғандықтан, популяциялық инверсияға қол жеткізу үшін көбірек энергияны қажет етеді. Екінші жағынан, төрт деңгейлі жүйелер жоғары энергия деңгейінен сәулеленбейтін ыдыраудың жылдам жүруіне байланысты популяциялық инверсияға тиімдірек жол ұсынады, бұл оларды қазіргі заманғы лазерлік қолданбаларда кеңінен таралған етеді.2].
Is Эрбиймен легирленген әйнеккүшейту ортасы?
Иә, эрбиймен легирленген әйнек шынымен де лазерлік жүйелерде қолданылатын күшейту ортасының бір түрі болып табылады. Бұл тұрғыда «легирлеу» әйнекке белгілі бір мөлшерде эрбий иондарын (Er³⁺) қосу процесін білдіреді. Эрбий - сирек кездесетін жер элементі, ол шыны хостқа қосылған кезде лазерлік жұмыстағы негізгі процесс болып табылатын ынталандырылған сәулелену арқылы жарықты тиімді түрде күшейте алады.
Эрбиймен легирленген әйнек талшықты лазерлерде және талшықты күшейткіштерде, әсіресе телекоммуникация саласында қолданылуымен ерекшеленеді. Ол осы қолданбалар үшін өте қолайлы, себебі ол шамамен 1550 нм толқын ұзындығындағы жарықты тиімді түрде күшейтеді, бұл стандартты кремний диоксиді талшықтарындағы төмен шығынға байланысты оптикалық талшықты байланыс үшін негізгі толқын ұзындығы болып табылады.
Theэрбийиондар сорғы жарығын сіңіреді (көбінеселазерлік диод) және жоғары энергия күйлеріне қоздырылады. Олар төмен энергия күйіне оралғанда, лазерлік толқын ұзындығында фотондарды шығарады, бұл лазерлік процеске ықпал етеді. Бұл эрбиймен легирленген әйнекті әртүрлі лазерлік және күшейткіш конструкцияларында тиімді және кеңінен қолданылатын күшейту ортасына айналдырады.
Байланысты блогтар: Жаңалықтар - Эрбиймен легирленген әйнек: ғылым және қолданылуы
Сорғы механизмдері: лазерлердің қозғаушы күші
Популяция инверсиясына қол жеткізудің әртүрлі тәсілдері
Сорғы механизмін таңдау лазерлік дизайнда маңызды рөл атқарады, тиімділіктен бастап шығыс толқын ұзындығына дейін барлығына әсер етеді. Жарықдиодты шамдар немесе басқа лазерлер сияқты сыртқы жарық көздерін пайдаланатын оптикалық сорғы қатты денелі және бояғыш лазерлерде кең таралған. Электрлік разряд әдістері әдетте газ лазерлерінде қолданылады, ал жартылай өткізгіш лазерлер көбінесе электронды инъекцияны пайдаланады. Бұл сорғы механизмдерінің тиімділігі, әсіресе диодпен сорылатын қатты денелі лазерлерде, соңғы зерттеулердің маңызды бағыты болып табылады, бұл жоғары тиімділік пен ықшамдықты ұсынады.3].
Сорғы тиімділігіндегі техникалық мәселелер
Айдау процесінің тиімділігі лазерлік дизайнның маңызды аспектісі болып табылады, ол жалпы өнімділікке және қолдануға жарамдылыққа әсер етеді. Қатты денелі лазерлерде сорғы көзі ретінде жарық шамдары мен лазерлік диодтар арасындағы таңдау жүйенің тиімділігіне, жылу жүктемесіне және сәуле сапасына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Жоғары қуатты, жоғары тиімді лазерлік диодтардың дамуы DPSS лазерлік жүйелерінде төңкеріс жасап, ықшам және тиімдірек дизайн жасауға мүмкіндік берді.4].
Оптикалық қуыс: лазер сәулесін жобалау
Қуысты жобалау: физика мен инженерияның тепе-теңдік актісі
Оптикалық қуыс немесе резонатор тек пассивті компонент емес, сонымен қатар лазер сәулесін қалыптастыруда белсенді қатысушы болып табылады. Қуыстың дизайны, соның ішінде айнаның қисықтығы мен туралануы, лазердің тұрақтылығын, режим құрылымын және шығысын анықтауда маңызды рөл атқарады. Қуыс оптикалық күшейтуді арттыра отырып, шығындарды азайтатындай етіп жасалуы керек, бұл оптикалық инженерияны толқындық оптикамен біріктіретін қиындық.5.
Тербеліс шарттары және режимді таңдау
Лазерлік тербеліс пайда болуы үшін орта қамтамасыз ететін күшейту қуыс ішіндегі шығындардан асып кетуі керек. Бұл шарт, когерентті толқындық суперпозиция талабымен бірге, тек белгілі бір бойлық режимдердің ғана қолдау тапқанын талап етеді. Режим аралығы және жалпы режим құрылымы қуыстың физикалық ұзындығына және күшейту ортасының сыну көрсеткішіне байланысты болады.6].
Қорытынды
Лазерлік жүйелерді жобалау және пайдалану физика мен инженерлік принциптердің кең ауқымын қамтиды. Күшейту ортасын басқаратын кванттық механикадан бастап оптикалық қуыстың күрделі инженериясына дейін, лазерлік жүйенің әрбір компоненті оның жалпы функционалдығында маңызды рөл атқарады. Бұл мақала лазерлік технологияның күрделі әлеміне шолу жасап, осы саладағы профессорлар мен оптикалық инженерлердің озық түсінігімен үйлесетін түсініктер ұсынады.
Сілтемелер
- 1. Siegman, AE (1986). Лазерлер. Университеттің ғылыми кітаптары.
- 2. Свелто, О. (2010). Лазерлердің принциптері. Springer.
- 3. Кохнер, В. (2006). Қатты денелі лазерлік инженерия. Springer.
- 4. Пайпер, ДЖА және Милдрен, Р.П. (2014). Диодты айдалатын қатты денелі лазерлер. Лазерлік технология және қолданбалар анықтамалығында (III том). CRC Press.
- 5. Милонни, П.В. және Эберли, Дж.Х. (2010). Лазерлік физика. Уайли.
- 6. Сильфваст, В.Т. (2004). Лазер негіздері. Кембридж университетінің баспасы.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 27 қараша