Лазердің негізгі жұмыс принципі (Сәулеленудің ынталандырылған сәулеленуімен жарықты күшейту) жарықтың ынталандырылған сәулелену құбылысына негізделген. Бірқатар нақты конструкциялар мен құрылымдар арқылы лазерлер жоғары когеренттілігі, монохроматтығы және жарықтығы бар сәулелерді жасайды. Лазерлер заманауи технологияда, соның ішінде байланыс, медицина, өндіріс, өлшеу және ғылыми зерттеулер сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Олардың жоғары тиімділігі мен нақты басқару сипаттамалары оларды көптеген технологиялардың негізгі құрамдас бөлігі етеді. Төменде лазерлердің жұмыс істеу принциптері және лазерлердің әртүрлі түрлерінің механизмдері туралы егжей-тегжейлі түсініктеме берілген.
1. Ынталандырылған эмиссия
Ынталандырылған эмиссия1917 жылы Эйнштейн алғаш рет ұсынған лазерлік генерацияның негізгі принципі болып табылады. Бұл құбылыс жарық пен қозған күйдегі зат арасындағы өзара әрекеттесу арқылы қаншалықты когерентті фотондар түзілетінін сипаттайды. Ынталандырылған эмиссияны жақсырақ түсіну үшін өздігінен шығарындылардан бастайық:
Спонтанды эмиссия: Атомдарда, молекулаларда немесе басқа микроскопиялық бөлшектерде электрондар сыртқы энергияны (мысалы, электр немесе оптикалық энергия) жұтып, қозған күй деп аталатын жоғарырақ энергия деңгейіне ауыса алады. Дегенмен, қозған күйдегі электрондар тұрақсыз және ақырында қысқа мерзімнен кейін негізгі күй деп аталатын төменгі энергия деңгейіне оралады. Бұл процесс кезінде электрон өздігінен сәуле шығару болып табылатын фотонды шығарады. Мұндай фотондар жиілік, фаза және бағыт бойынша кездейсоқ болады, сондықтан когеренттілік жоқ.
Ынталандырылған эмиссия: Қоздырылған эмиссияның кілті қозған күйдегі электрон оның ауысу энергиясына сәйкес энергиясы бар фотонмен кездескенде, фотон жаңа фотонды шығара отырып, электронды негізгі күйге қайтаруға шақыруы мүмкін. Жаңа фотон жиілігі, фазасы және таралу бағыты бойынша бастапқы фотонмен бірдей, нәтижесінде когерентті жарық пайда болады. Бұл құбылыс фотондардың саны мен энергиясын айтарлықтай арттырады және лазерлердің негізгі механизмі болып табылады.
Ынталандырылған эмиссияның оң кері байланыс әсері: Лазерлерді жобалау кезінде ынталандырылған сәуле шығару процесі бірнеше рет қайталанады және бұл оң кері байланыс әсері фотондар санын экспоненциалды түрде арттыруы мүмкін. Резонанстық қуыстың көмегімен фотондардың когеренттігі сақталады, ал жарық сәулесінің қарқындылығы үздіксіз артады.
2. Орташа өсу
Theорташа алуфотондардың күшейтілуін және лазердің шығуын анықтайтын лазердегі негізгі материал болып табылады. Ол ынталандырылған сәуле шығарудың физикалық негізі болып табылады және оның қасиеттері лазердің жиілігін, толқын ұзындығын және шығыс қуатын анықтайды. Күшейткіш ортаның түрі мен сипаттамалары лазердің қолданылуы мен өнімділігіне тікелей әсер етеді.
Қозу механизмі: күшейту ортасындағы электрондар сыртқы энергия көзі арқылы жоғарырақ энергия деңгейіне қозған болуы керек. Бұл процеске әдетте сыртқы энергиямен жабдықтау жүйелері арқылы қол жеткізіледі. Жалпы қозу механизмдеріне мыналар жатады:
Электр сорғы: электр тогын қолдану арқылы күшейту ортасындағы электрондарды қоздыру.
Оптикалық айдау: Ортаны жарық көзімен қоздыру (мысалы, жарқыл шамы немесе басқа лазер).
Энергия деңгейлері жүйесі: күшейту ортасындағы электрондар әдетте белгілі бір энергия деңгейлерінде таралады. Ең көп таралғандарыекі деңгейлі жүйелержәнетөрт деңгейлі жүйелер. Қарапайым екі деңгейлі жүйеде электрондар негізгі күйден қозған күйге ауысады, содан кейін ынталандырылған эмиссия арқылы негізгі күйге оралады. Төрт деңгейлі жүйеде электрондар әртүрлі энергетикалық деңгейлер арасында күрделірек ауысулардан өтеді, бұл көбінесе жоғары тиімділікке әкеледі.
Gain медиасының түрлері:
Газ алу ортасы: Мысалы, гелий-неон (He-Ne) лазерлері. Газды күшейту орталары тұрақты шығуымен және тұрақты толқын ұзындығымен танымал және зертханаларда стандартты жарық көздері ретінде кеңінен қолданылады.
Сұйықтықтың түсу ортасы: Мысалы, бояу лазерлері. Бояғыш молекулалары әртүрлі толқын ұзындықтарында жақсы қозу қасиеттеріне ие, бұл оларды реттелетін лазерлер үшін өте қолайлы етеді.
Қатты пайда ортасы: Мысалы, Nd (неодим қосылған иттрий алюминий гранатасы) лазерлері. Бұл лазерлер жоғары тиімді және қуатты және өнеркәсіптік кесу, дәнекерлеу және медициналық қолдануда кеңінен қолданылады.
Жартылай өткізгіштің күшею ортасы: Мысалы, галлий арсениді (GaAs) материалдары байланыста және лазерлік диодтар сияқты оптоэлектрондық құрылғыларда кеңінен қолданылады.
3. Резонаторлық қуыс
Theрезонаторлық қуыскері байланыс және күшейту үшін қолданылатын лазердегі құрылымдық компонент болып табылады. Оның негізгі функциясы - ынталандырылған эмиссия арқылы шығарылатын фотондардың санын қуыста шағылыстыру және күшейту арқылы көбейту, осылайша күшті және фокусталған лазер шығысын жасау.
Резонаторлық қуыстың құрылысы: Ол әдетте екі параллель айнадан тұрады. Біреуі толық шағылыстыратын айна болып табыладыартқы айна, ал екіншісі жартылай шағылыстыратын айна болып табыладышығыс айнасы. Фотондар қуыс ішінде алға және артқа шағылысады және күшейту ортасымен әрекеттесу арқылы күшейеді.
Резонанстық жағдай: Резонатор қуысының конструкциясы фотондардың қуыс ішінде тұрақты толқындар түзуін қамтамасыз ету сияқты белгілі бір шарттарға сай болуы керек. Бұл қуыс ұзындығы лазер толқын ұзындығының еселігі болуын талап етеді. Осы шарттарға сәйкес келетін жарық толқындары ғана қуыстың ішінде тиімді түрде күшейтілуі мүмкін.
Шығыс сәулесі: Жартылай шағылысатын айна лазердің шығыс сәулесін құра отырып, күшейтілген жарық сәулесінің бір бөлігін өтуге мүмкіндік береді. Бұл сәуле жоғары бағыттылыққа, когеренттілікке және монохроматтылыққа ие.
Егер сіз көбірек білгіңіз келсе немесе лазерлерге қызығушылық танытсаңыз, бізге хабарласыңыз:
Lumispot
Мекен-жайы: № 4 ғимарат, №99 Фуронг 3-ші жол, Сишан ауданы. Вуси, 214000, Қытай
Тел: + 86-0510 87381808.
Ұялы телефон: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-сайт: www.lumispot-tech.com
Жіберу уақыты: 18 қыркүйек 2024 ж