Лазердің негізгі жұмыс принципі (Сәулеленудің ынталандырылған шығарылуы арқылы жарықты күшейту) ынталандырылған жарық шығарындысы құбылысына негізделген. Бірқатар дәл конструкциялар мен құрылымдар арқылы лазерлер жоғары когеренттілік, монохроматикалық және жарықтықты сәулелер жасайды. Лазерлер қазіргі заманғы технологияларда, соның ішінде байланыс, медицина, өндіріс, өлшеу және ғылыми зерттеулер сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Олардың жоғары тиімділігі мен дәл басқару сипаттамалары оларды көптеген технологиялардың негізгі құрамдас бөлігі етеді. Төменде лазерлердің жұмыс принциптері мен әртүрлі лазерлердің механизмдері егжей-тегжейлі түсіндірілген.
1. Ынталандырылған шығарындылар
Ынталандырылған эмиссиялазерлік генерацияның негізгі қағидасы болып табылады, оны алғаш рет 1917 жылы Эйнштейн ұсынған. Бұл құбылыс жарық пен қозған күйдегі зат арасындағы өзара әрекеттесу арқылы когерентті фотондардың қалай пайда болатынын сипаттайды. Индукцияланған сәулеленуді жақсырақ түсіну үшін өздігінен сәулеленуден бастайық:
Өздігінен шығарылатын сәулеленуАтомдарда, молекулаларда немесе басқа микроскопиялық бөлшектерде электрондар сыртқы энергияны (мысалы, электрлік немесе оптикалық энергияны) сіңіріп, қозған күй деп аталатын жоғары энергия деңгейіне ауыса алады. Дегенмен, қозған күйдегі электрондар тұрақсыз және қысқа мерзімнен кейін ақырында негізгі күй деп аталатын төменгі энергия деңгейіне оралады. Бұл процесс кезінде электрон өздігінен шығарылатын фотонды шығарады. Мұндай фотондар жиілік, фаза және бағыт тұрғысынан кездейсоқ болады, сондықтан когеренттілік жетіспейді.
Ынталандырылған шығарындыларСтимулданған сәулеленудің кілті - қозған күйдегі электрон өтпелі энергиясына сәйкес келетін энергиясы бар фотонмен кездескенде, фотон электронды негізгі күйге қайтара алады, сонымен бірге жаңа фотон шығарады. Жаңа фотон жиілік, фаза 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 шығарындының оң кері байланыс әсеріЛазерлерді жобалауда ынталандырылған сәулелену процесі бірнеше рет қайталанады, және бұл оң кері байланыс әсері фотондар санын экспоненциалды түрде арттыра алады. Резонанстық қуыстың көмегімен фотондардың когеренттілігі сақталады және жарық сәулесінің қарқындылығы үздіксіз артады.
2. Орташа күшейту
Theорташа күшейтуфотондардың күшейтілуін және лазер шығысын анықтайтын лазердегі негізгі материал. Бұл ынталандырылған сәулеленудің физикалық негізі болып табылады, ал оның қасиеттері лазердің жиілігін, толқын ұзындығын және шығыс қуатын анықтайды. Күшейту ортасының түрі мен сипаттамалары лазердің қолданылуы мен өнімділігіне тікелей әсер етеді.
Қоздыру механизміКүшейту ортасындағы электрондар сыртқы энергия көзі арқылы жоғары энергия деңгейіне дейін қоздырылуы керек. Бұл процесс әдетте сыртқы энергиямен жабдықтау жүйелері арқылы жүзеге асырылады. Жалпы қоздыру механизмдеріне мыналар жатады:
Электрлік сорғыЭлектр тогын қолдану арқылы күшейту ортасындағы электрондарды қоздыру.
Оптикалық сорғы: Жарық көзімен (мысалы, жарқыл шамы немесе басқа лазер) ортаны қоздыру.
Энергия деңгейлері жүйесіКүшейту ортасындағы электрондар әдетте белгілі бір энергия деңгейлерінде таралған. Ең көп таралғандары:екі деңгейлі жүйелержәнетөрт деңгейлі жүйелерҚарапайым екі деңгейлі жүйеде электрондар негізгі күйден қозған күйге өтеді, содан кейін ынталандырылған сәулелену арқылы негізгі күйге оралады. Төрт деңгейлі жүйеде электрондар әртүрлі энергия деңгейлері арасында күрделірек ауысулардан өтеді, бұл көбінесе жоғары тиімділікке әкеледі.
Күшейту медиасының түрлері:
Газдың пайда болу ортасыМысалы, гелий-неон (He-Ne) лазерлері. Газды күшейту орталары тұрақты шығысымен және бекітілген толқын ұзындығымен белгілі және зертханаларда стандартты жарық көздері ретінде кеңінен қолданылады.
Сұйықтықты арттыру ортасыМысалы, бояғыш лазерлер. Бояғыш молекулалары әртүрлі толқын ұзындықтарында жақсы қоздыру қасиеттеріне ие, бұл оларды реттелетін лазерлер үшін өте қолайлы етеді.
Қатты күшейту ортасыМысалы, Nd (неодиммен легирленген иттрий алюминий гранаты) лазерлері. Бұл лазерлер өте тиімді және қуатты, өнеркәсіптік кесу, дәнекерлеу және медициналық қолдануда кеңінен қолданылады.
Жартылай өткізгішті күшейту ортасыМысалы, галлий арсениді (GaAs) материалдары байланыс және лазерлік диодтар сияқты оптоэлектрондық құрылғыларда кеңінен қолданылады.
3. Резонатор қуысы
Theрезонатор қуысыкері байланыс және күшейту үшін қолданылатын лазердің құрылымдық компоненті болып табылады. Оның негізгі функциясы - ынталандырылған сәулелену арқылы өндірілген фотондар санын қуыс ішінде шағылыстыру және күшейту арқылы көбейту, осылайша күшті және фокусталған лазерлік шығысты жасау.
Резонатор қуысының құрылымыӘдетте ол екі параллель айнадан тұрады. Біреуі - толық шағылыстыратын айна, ол ... деп аталады.артқы айнаал екіншісі - ішінара шағылыстыратын айна, ол деп аталадышығыс айнасыФотондар қуыс ішінде алға және артқа шағылысады және күшейту ортасымен әрекеттесу арқылы күшейтіледі.
Резонанстық жағдайРезонатор қуысының дизайны белгілі бір шарттарға сай болуы керек, мысалы, фотондардың қуыс ішінде тұрақты толқындар түзуін қамтамасыз ету. Бұл қуыстың ұзындығының лазер толқын ұзындығына еселік болуын талап етеді. Тек осы шарттарға сай келетін жарық толқындары ғана қуыс ішінде тиімді түрде күшейтілуі мүмкін.
Шығыс сәулесіЖартылай шағылыстыратын айна күшейтілген жарық сәулесінің бір бөлігін өткізуге мүмкіндік береді, бұл лазердің шығыс сәулесін құрайды. Бұл сәуле жоғары бағытталушылыққа, когеренттілікке және монохроматикалыққа ие..
Егер сіз көбірек білгіңіз келсе немесе лазерлерге қызығушылық танытсаңыз, бізбен хабарласыңыз:
Люмиспотт
Мекенжайы: Қытай, 214000, Уси, Сишань ауданы, Фурун 3-ші жол, №99, 4-ғимарат
Тел: + 86-0510 87381808.
Ұялы телефон: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Веб-сайт: www.lumispot-tech.com
Жарияланған уақыты: 18 қыркүйек 2024 ж.