Жедел жазбалар үшін біздің әлеуметтік желілерге жазылыңыз
Негізінде, лазерлік айдау - бұл ортаны лазер сәулесін шығара алатын күйге жеткізу үшін оны энергиямен қамтамасыз ету процесі. Бұл әдетте ортаға жарық немесе электр тогын енгізу, оның атомдарын қоздыру және когерентті жарықтың шығарылуына әкелу арқылы жүзеге асырылады. Бұл негізгі процесс 20 ғасырдың ортасында алғашқы лазерлердің пайда болуынан бері айтарлықтай дамыды.
Көбінесе жылдамдық теңдеулерімен модельденгенімен, лазерлік айдау негізінен кванттық механикалық процесс болып табылады. Ол фотондар мен күшейту ортасының атомдық немесе молекулалық құрылымы арасындағы күрделі өзара әрекеттесуді қамтиды. Жетілдірілген модельдер Раби тербелістері сияқты құбылыстарды қарастырады, бұл осы өзара әрекеттесулерді толығырақ түсінуге мүмкіндік береді.
Лазерлік сорғылау - бұл лазердің күшейту ортасына оның атомдарын немесе молекулаларын жоғары энергия күйлеріне көтеру үшін әдетте жарық немесе электр тогы түрінде энергия берілетін процесс. Бұл энергияны беру популяциялық инверсияға жету үшін өте маңызды, бұл күйде бөлшектер төмен энергия күйіне қарағанда көбірек қоздырылады, бұл ортаға ынталандырылған сәулелену арқылы жарықты күшейтуге мүмкіндік береді. Процесс күрделі кванттық өзара әрекеттесуді қамтиды, көбінесе жылдамдық теңдеулері немесе жетілдірілген кванттық механикалық құрылымдар арқылы модельденеді. Негізгі аспектілерге сорғы көзін таңдау (лазерлік диодтар немесе разрядтық шамдар сияқты), сорғы геометриясы (бүйірлік немесе ұштық сорғылау) және күшейту ортасының нақты талаптарына сәйкес келетін сорғының жарық сипаттамаларын (спектр, қарқындылық, сәуле сапасы, поляризация) оңтайландыру жатады. Лазерлік сорғылау қатты денелі, жартылай өткізгішті және газды лазерлерді қоса алғанда, әртүрлі лазер түрлерінде маңызды болып табылады және лазердің тиімді және тиімді жұмыс істеуі үшін өте маңызды.
Оптикалық сорғымен жұмыс істейтін лазерлердің түрлері
1. Қоспаланған оқшаулағыштары бар қатты денелі лазерлер
· Жалпы шолу:Бұл лазерлер электрлік оқшаулағыш ортаны пайдаланады және лазерлік белсенді иондарды қуаттандыру үшін оптикалық сорғыға сүйенеді. Жалпы мысал ретінде YAG лазерлеріндегі неодимді айтуға болады.
·Жақында жүргізілген зерттеулер:А. Антипов және т.б. жүргізген зерттеуде спин-алмасу оптикалық сорғысына арналған қатты денелі жақын инфрақызыл лазер талқыланады. Бұл зерттеу қатты денелі лазерлік технологиядағы, әсіресе медициналық бейнелеу және телекоммуникация сияқты қолданбалар үшін өте маңызды жақын инфрақызыл спектрдегі жетістіктерді көрсетеді.
Қосымша оқу:Спин-алмастырғыш оптикалық сорғыға арналған қатты денелі жақын инфрақызыл лазер
2. Жартылай өткізгіш лазерлер
·Жалпы ақпарат: Әдетте электрлік айдалатын жартылай өткізгіш лазерлер оптикалық айдаудан, әсіресе тік сыртқы қуыс бетін сәулелендіретін лазерлер (VECSEL) сияқты жоғары жарықтықты қажет ететін қолданбаларда да пайда көре алады.
·Соңғы жаңалықтар: У. Келлердің аса жылдам қатты денелі және жартылай өткізгіш лазерлерден алынған оптикалық жиілік тарақтары бойынша жұмысы диодпен сорылатын қатты денелі және жартылай өткізгіш лазерлерден тұрақты жиілік тарақтарын жасау туралы түсінік береді. Бұл жетістік оптикалық жиілік метрологиясындағы қолданбалар үшін маңызды.
Қосымша оқу:Ультражылдам қатты денелі және жартылай өткізгіш лазерлерден алынған оптикалық жиілікті тарақтар
3. Газ лазерлері
·Газ лазерлеріндегі оптикалық айдау: Сілтілік бу лазерлері сияқты газ лазерлерінің кейбір түрлері оптикалық айдауды пайдаланады. Бұл лазерлер көбінесе белгілі бір қасиеттері бар когерентті жарық көздерін қажет ететін қолданбаларда қолданылады.
Оптикалық сорғы көздері
Разрядты шамдарШаммен айдалатын лазерлерде кең таралған разрядты шамдар жоғары қуаттылығы мен кең спектрі үшін қолданылады. Ю.А. Мандрыко және т.б. қатты денелі лазерлердің оптикалық сорғы ксенон шамдарының белсенді ортасында импульстік доғалық разрядты генерациялаудың қуат моделін жасады. Бұл модель импульстік сорғы шамдарының өнімділігін оңтайландыруға көмектеседі, бұл лазердің тиімді жұмысы үшін өте маңызды.
Лазерлік диодтар:Диодпен сорылатын лазерлерде қолданылатын лазерлік диодтар жоғары тиімділік, ықшам өлшем және дәл баптау мүмкіндігі сияқты артықшылықтарды ұсынады.
Қосымша оқу:лазерлік диод дегеніміз не?
Жарқыл шамдарыЖарқыл шамдары - қатты денелі лазерлерді айдау үшін жиі қолданылатын қарқынды, кең спектрлі жарық көздері, мысалы, рубин немесе Nd:YAG лазерлері. Олар лазерлік ортаны қоздыратын жоғары қарқынды жарық ағынын қамтамасыз етеді.
Доғалы шамдарЖарқыл шамдарына ұқсас, бірақ үздіксіз жұмыс істеуге арналған доғалық шамдар тұрақты қарқынды жарық көзін ұсынады. Олар үздіксіз толқындық (CW) лазерлік жұмыс қажет болатын қолданбаларда қолданылады.
Жарық диодтары (жарық шығаратын диодтар)Лазерлік диодтар сияқты кең таралмағанымен, жарықдиодты шамдарды кейбір төмен қуатты қолданбаларда оптикалық сорғы үшін пайдалануға болады. Олар ұзақ қызмет ету мерзіміне, арзан бағасына және әртүрлі толқын ұзындықтарында қолжетімділігіне байланысты тиімді.
Күн сәулесіКейбір тәжірибелік қондырғыларда шоғырланған күн сәулесі күн энергиясымен сорылатын лазерлер үшін сорғы көзі ретінде пайдаланылды. Бұл әдіс күн энергиясын пайдаланады, бұл оны жаңартылатын және үнемді көзге айналдырады, дегенмен ол жасанды жарық көздерімен салыстырғанда аз басқарылады және онша қарқынды емес.
Талшықты-жұпталған лазерлік диодтарБұл оптикалық талшықтарға қосылған лазерлік диодтар, олар сорғы жарығын лазерлік ортаға тиімдірек жеткізеді. Бұл әдіс әсіресе талшықты лазерлерде және сорғы жарығын дәл жеткізу өте маңызды жағдайларда пайдалы.
Басқа лазерлерКейде бір лазер екіншісін айдау үшін қолданылады. Мысалы, бояғыш лазерді айдау үшін жиілігі екі еселенген Nd: YAG лазері қолданылуы мүмкін. Бұл әдіс көбінесе айдау процесі үшін дәстүрлі жарық көздерімен оңай қол жеткізілмейтін белгілі бір толқын ұзындықтары қажет болған кезде қолданылады.
Диодпен сорылатын қатты денелі лазер
Бастапқы энергия көзіПроцесс сорғы көзі ретінде қызмет ететін диодты лазерден басталады. Диодты лазерлер тиімділігі, ықшам өлшемі және белгілі бір толқын ұзындықтарында жарық шығару қабілеті үшін таңдалады.
Сорғы шамы:Диодты лазер қатты денелі күшейту ортасымен жұтылатын жарық шығарады. Диодты лазердің толқын ұзындығы күшейту ортасының жұтылу сипаттамаларына сәйкес келеді.
Қатты күйдегіОрташа күшейту
Материал:DPSS лазерлеріндегі күшейту ортасы әдетте Nd:YAG (неодиммен легирленген иттрий алюминий гранаты), Nd:YVO4 (неодиммен легирленген иттрий ортованадаты) немесе Yb:YAG (иттербиймен легирленген иттрий алюминий гранаты) сияқты қатты күйдегі материал болып табылады.
Допинг:Бұл материалдар белсенді лазер иондары болып табылатын сирек кездесетін жер иондарымен (Nd немесе Yb сияқты) легирленген.
Энергияны сіңіру және қоздыру:Диодты лазерден шығатын сорғы жарығы күшейту ортасына енген кезде, сирек кездесетін жер иондары бұл энергияны сіңіріп, жоғары энергия күйлеріне қозады.
Популяция инверсиясы
Популяция инверсиясына қол жеткізу:Лазерлік әсердің кілті - күшейту ортасында популяцияның инверсиясына қол жеткізу. Бұл қозған күйде негізгі күйге қарағанда көбірек иондар бар екенін білдіреді.
Ынталандырылған эмиссия:Популяция инверсиясына қол жеткізілгеннен кейін, қозған және негізгі күйлер арасындағы энергия айырмашылығына сәйкес келетін фотонды енгізу қозған иондардың негізгі күйге оралуын ынталандырып, процесте фотон шығара алады.
Оптикалық резонатор
Айналар: Күшейту ортасы оптикалық резонатордың ішіне орналастырылады, әдетте ортаның екі ұшында екі айнадан тұрады.
Кері байланыс және күшейту: Айналардың бірі жоғары шағылыстырады, ал екіншісі ішінара шағылыстырады. Фотондар осы айналардың арасында алға-артқа секіріп, көбірек сәулеленуді ынталандырады және жарықты күшейтеді.
Лазерлік сәулелену
Когерентті жарық: Шығарылатын фотондар когерентті, яғни олар фазада және толқын ұзындығы бірдей.
Шығыс: Жартылай шағылыстыратын айна осы жарықтың бір бөлігін өткізуге мүмкіндік береді, бұл DPSS лазерінен шығатын лазер сәулесін құрайды.
Сорғы геометриялары: бүйірлік және ұштық сорғылар
| Сорғы әдісі | Сипаттама | Қолданбалар | Артықшылықтары | Қиындықтар |
|---|---|---|---|---|
| Бүйірлік сорғы | Лазерлік ортаға перпендикуляр енгізілген сорғы жарығы | Шыбық немесе талшықты лазерлер | Сорғы жарығының біркелкі таралуы, жоғары қуатты қолданбаларға жарамды | Күшейту таралуының біркелкі еместігі, сәуле сапасының төмендеуі |
| Сорғыны аяқтау | Лазер сәулесімен бір ось бойымен бағытталған сорғы жарығы | Nd:YAG сияқты қатты денелі лазерлер | Біркелкі күшейту таралуы, сәуле сапасының жоғарылауы | Жоғары қуатты лазерлерде күрделі туралау, жылудың тиімділігі төмен |
Тиімді сорғы шамына қойылатын талаптар
| Талап | Маңыздылығы | Әсер/Баланс | Қосымша ескертпелер |
|---|---|---|---|
| Спектрге сәйкестік | Толқын ұзындығы лазерлік ортаның жұтылу спектріне сәйкес келуі керек | Тиімді сіңіруді және тиімді популяция инверсиясын қамтамасыз етеді | - |
| Қарқындылық | Қажетті қозу деңгейіне жету үшін жеткілікті жоғары болуы керек | Тым жоғары қарқындылықтар термиялық зақым келтіруі мүмкін; тым төмен қарқындылықтар популяцияның инверсиясына әкелмейді | - |
| Сәуле сапасы | Әсіресе, соңғы сорғымен жұмыс істейтін лазерлерде өте маңызды | Тиімді байланысты қамтамасыз етеді және шығарылатын лазер сәулесінің сапасына ықпал етеді | Сорғы жарығы мен лазер режимінің көлемінің дәл сәйкес келуі үшін жоғары сәуле сапасы өте маңызды |
| Поляризация | Анизотропты қасиеттері бар орталар үшін қажет | Абсорбция тиімділігін арттырады және шығарылатын лазерлік жарықтың поляризациясына әсер етуі мүмкін | Арнайы поляризация күйі қажет болуы мүмкін |
| Қарқынды шу | Шу деңгейінің төмендігі өте маңызды | Сорғы жарық қарқындылығының ауытқулары лазер шығысының сапасы мен тұрақтылығына әсер етуі мүмкін | Жоғары тұрақтылық пен дәлдікті қажет ететін қолданбалар үшін маңызды |
Жарияланған уақыты: 01.12.2023