Жедел пост алу үшін біздің әлеуметтік медиаға жазылыңыз
Өзінің мәні бойынша, лазерлік айдау - бұл лазер сәулесін шығара алатын күйге жету үшін ортаны қуаттандыру процесі. Бұл әдетте ортаға жарық немесе электр тогын айдау, оның атомдарын қоздыру және когерентті жарық шығаруға әкелу арқылы жасалады. Бұл іргелі процесс 20 ғасырдың ортасында алғашқы лазерлер пайда болғаннан бері айтарлықтай дамыды.
Көбінесе жылдамдық теңдеулерімен модельденсе де, лазерлік айдау негізінен кванттық механикалық процесс болып табылады. Ол фотондар мен күшейту ортасының атомдық немесе молекулалық құрылымы арасындағы күрделі өзара әрекеттесуді қамтиды. Жетілдірілген модельдер осы өзара әрекеттесулерді тереңірек түсінуді қамтамасыз ететін Раби тербелістері сияқты құбылыстарды қарастырады.
Лазерлік айдау - энергияның, әдетте, жарық немесе электр тогы түріндегі, оның атомдарын немесе молекулаларын жоғары энергетикалық күйге көтеру үшін лазердің күшейту ортасына берілетін процесс. Бұл энергия тасымалдауы популяцияның инверсиясына қол жеткізу үшін өте маңызды, бұл жағдай төмен энергия күйіне қарағанда көбірек бөлшектер қозғалады, бұл ортаға ынталандырылған эмиссия арқылы жарықты күшейтуге мүмкіндік береді. Процесс жиі жылдамдық теңдеулері немесе неғұрлым жетілдірілген кванттық механикалық құрылымдар арқылы модельденетін күрделі кванттық өзара әрекеттесуді қамтиды. Негізгі аспектілерге сорғы көзін таңдау (мысалы, лазерлік диодтар немесе разрядтық шамдар), сорғы геометриясы (бүйірлік немесе соңғы айдау) және сорғы жарығы сипаттамаларын (спектр, қарқындылық, сәуленің сапасы, поляризация) оңтайландыру кіреді. орташа алу. Лазерлік айдау әртүрлі лазер түрлерінде, соның ішінде қатты күйдегі, жартылай өткізгішті және газ лазерлерінде негізгі болып табылады және лазердің тиімді және тиімді жұмысы үшін өте маңызды.
Оптикалық айдалатын лазерлердің түрлері
1. Қоспа оқшаулағыштары бар қатты денелі лазерлер
· Шолу:Бұл лазерлер электрлік оқшаулағыш негізгі ортаны пайдаланады және лазерлік белсенді иондарды қуаттандыру үшін оптикалық сорғыға сүйенеді. Жалпы мысал - YAG лазерлеріндегі неодим.
·Соңғы зерттеулер:А.Антипов және т.б. спин-алмасу оптикалық айдауға арналған қатты күйге жақын инфрақызыл лазерді талқылайды. Бұл зерттеу қатты денелі лазерлік технологияның, әсіресе медициналық бейнелеу және телекоммуникация сияқты қолданбалар үшін өте маңызды жақын инфрақызыл спектрдегі жетістіктерді көрсетеді.
Қосымша оқу:Спин-алмасу оптикалық айдауға арналған қатты күйдегі жақын инфрақызыл лазер
2. Жартылай өткізгіш лазерлер
·Жалпы ақпарат: Әдетте электрлік айдалатын жартылай өткізгішті лазерлер оптикалық айдаудың пайдасын көре алады, әсіресе тік сыртқы қуысты беттік сәуле шығаратын лазерлер (VECSELs) сияқты жоғары жарықтықты қажет ететін қолданбаларда.
·Соңғы әзірлемелер: У.Келлердің ультра жылдам қатты күйдегі және жартылай өткізгішті лазерлерден алынған оптикалық жиілік тарақтарындағы жұмысы диодпен айдалатын қатты күйдегі және жартылай өткізгіш лазерлерден тұрақты жиілік тарақтарын генерациялау туралы түсінік береді. Бұл прогресс оптикалық жиілік метрологиясындағы қолданбалар үшін маңызды.
Қосымша оқу:Өте жылдам қатты күйдегі және жартылай өткізгіш лазерлерден алынған оптикалық жиілік тарақтары
3. Газды лазерлер
·Газ лазерлеріндегі оптикалық айдау: Газ лазерлерінің кейбір түрлері, мысалы, сілтілі бу лазерлері, оптикалық айдауды пайдаланады. Бұл лазерлер көбінесе белгілі бір қасиеттері бар когерентті жарық көздерін қажет ететін қолданбаларда қолданылады.
Оптикалық айдау көздері
Разрядты шамдар: Лампамен айдалатын лазерлерде кең таралған, разрядты лампалар олардың жоғары қуаты мен кең спектрі үшін пайдаланылады. YA Mandryko және т.б. Қатты күйдегі лазерлердің ксенонды лампаларының оптикалық сорғысында белсенді ортада импульстік доға разрядының генерациясының қуат моделін әзірледі. Бұл модель лазердің тиімді жұмысы үшін маңызды импульстік сорғы лампаларының жұмысын оңтайландыруға көмектеседі.
Лазерлік диодтар:Диодпен айдалатын лазерлерде қолданылатын лазерлік диодтар жоғары тиімділік, ықшам өлшем және дәл баптау мүмкіндігі сияқты артықшылықтарды ұсынады.
Қосымша оқу:лазерлік диод дегеніміз не?
Жарқыл шамдары: Жарқыл шамдары қатты күйдегі лазерлерді айдау үшін әдетте пайдаланылатын қарқынды, кең спектрлі жарық көздері болып табылады, мысалы, рубин немесе Nd:YAG лазерлері. Олар лазерлік ортаны қоздыратын жарықтың жоғары қарқындылығын қамтамасыз етеді.
Доғалық шамдар: Жарқыл шамдары сияқты, бірақ үздіксіз жұмыс істеуге арналған, доғалық шамдар қарқынды жарықтың тұрақты көзін ұсынады. Олар үздіксіз толқынды (CW) лазермен жұмыс істеуді қажет ететін қолданбаларда қолданылады.
Жарық диодтары (жарық диодтары): Лазерлік диодтар сияқты кең таралған болмаса да, жарық диодтары кейбір төмен қуатты қолданбаларда оптикалық айдау үшін пайдаланылуы мүмкін. Олар ұзақ қызмет ету мерзіміне, төмен құнына және әртүрлі толқын ұзындығында қол жетімділігіне байланысты тиімді.
Күн сәулесі: Кейбір тәжірибелік қондырғыларда күн сәулесінен айдалатын лазерлер үшін сорғы көзі ретінде шоғырланған күн сәулесі пайдаланылды. Бұл әдіс күн энергиясын пайдаланады, бұл оны жаңартылатын және үнемді көзге айналдырады, бірақ ол жасанды жарық көздерімен салыстырғанда басқарылатын және аз қарқынды.
Талшықты біріктірілген лазерлік диодтар: Бұл сорғы жарығын лазерлік ортаға тиімдірек жеткізетін оптикалық талшықтарға қосылған лазерлік диодтар. Бұл әдіс әсіресе талшықты лазерлерде және сорғы жарығын дәл жеткізу өте маңызды жағдайларда пайдалы.
Басқа лазерлер: Кейде бір лазер екіншісін сору үшін қолданылады. Мысалы, жиілігі екі еселенген Nd: YAG лазері бояу лазерін айдау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл әдіс әдеттегі жарық көздерімен оңай қол жеткізе алмайтын сорғы процесі үшін белгілі бір толқын ұзындығы қажет болғанда жиі қолданылады.
Диодпен айдалатын қатты күйдегі лазер
Бастапқы энергия көзі: Процесс сорғы көзі ретінде қызмет ететін диодты лазерден басталады. Диодты лазерлер тиімділігіне, ықшам өлшеміне және белгілі бір толқын ұзындығында жарық шығару қабілетіне қарай таңдалады.
Сорғы жарығы:Диодтық лазер қатты күйдегі күшейту ортасымен жұтылатын жарық шығарады. Диодтық лазердің толқын ұзындығы күшейту ортасының сіңіру сипаттамаларына сәйкестендірілген.
Қатты күйОрташа алу
Материал:DPSS лазерлеріндегі күшейту ортасы әдетте Nd:YAG (неодим қосылған итрий алюминий гранаты), Nd:YVO4 (неодим қосылған итрий ортованадаты) немесе Yb:YAG (итербий қосылған итрий алюминий гранаты) сияқты қатты күйдегі материал болып табылады.
Допинг:Бұл материалдар белсенді лазер иондары болып табылатын сирек жер иондарымен (Nd немесе Yb сияқты) легирленген.
Энергияны сіңіру және қозу:Диодтық лазердің сорғы жарығы күшейту ортасына түскенде, сирек жер иондары бұл энергияны сіңіреді және жоғары энергетикалық күйлерге қозғалады.
Популяция инверсиясы
Популяциялық инверсияға қол жеткізу:Лазерлік әрекеттің кілті күшейту ортасындағы популяциялық инверсияға қол жеткізу болып табылады. Бұл негізгі күйге қарағанда көбірек иондардың қозған күйде екенін білдіреді.
Ынталандырылған эмиссия:Популяцияның инверсиясына қол жеткізілгеннен кейін, қозғалған және негізгі күйлер арасындағы энергия айырмашылығына сәйкес фотонды енгізу қозғалған иондардың негізгі күйге оралуын ынталандырып, процесте фотонды шығара алады.
Оптикалық резонатор
Айналар: күшейту ортасы әдетте ортаның әр ұшында екі айнадан құралған оптикалық резонатордың ішіне орналастырылады.
Кері байланыс және күшейту: Айналардың біреуі өте шағылыстырады, ал екіншісі жартылай шағылыстырады. Фотондар осы айналар арасында алға-артқа серпіліп, көбірек сәуле шығаруды ынталандырады және жарықты күшейтеді.
Лазерлік сәуле шығару
Когерентті жарық: Шығарылатын фотондар когерентті, яғни олар фазада және толқын ұзындығы бірдей.
Шығару: Жартылай шағылысатын айна DPSS лазерінен шығатын лазер сәулесін құра отырып, осы жарықтың бір бөлігін өтуге мүмкіндік береді.
Сорғы геометриялары: бүйірлік және соңғы айдау
| Сорғылау әдісі | Сипаттама | Қолданбалар | Артықшылықтары | Қиындықтар |
|---|---|---|---|---|
| Бүйірлік айдау | Лазер ортасына перпендикуляр енгізілген сорғы жарығы | Таяқша немесе талшықты лазерлер | Сорғы жарығын біркелкі бөлу, жоғары қуатты қолдану үшін қолайлы | Күшейтудің біркелкі емес таралуы, сәуленің сапасы төмен |
| Сорғыны аяқтау | Сорғы жарығы лазер сәулесімен бірдей ось бойымен бағытталған | Nd:YAG сияқты қатты күйдегі лазерлер | Күшейтудің біркелкі таралуы, сәуленің жоғары сапасы | Күрделі теңестіру, жоғары қуатты лазерлерде жылуды азырақ диссипациялау |
Тиімді сорғы жарығына қойылатын талаптар
| Талап | Маңыздылығы | Әсер/Баланс | Қосымша ескертпелер |
|---|---|---|---|
| Спектрдің жарамдылығы | Толқын ұзындығы лазерлік ортаның жұтылу спектріне сәйкес келуі керек | Тиімді сіңіруді және популяцияның тиімді инверсиясын қамтамасыз етеді | - |
| Қарқындылық | Қажетті қозу деңгейі үшін жеткілікті жоғары болуы керек | Тым жоғары қарқындылық термиялық зақым келтіруі мүмкін; тым төмен популяция инверсиясына қол жеткізе алмайды | - |
| Сәуле сапасы | Соңғы айдалатын лазерлерде әсіресе маңызды | Тиімді байланыстыруды 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 | Сіңу тиімділігін арттырады және шығарылатын лазер сәулесінің поляризациясына әсер етуі мүмкін | Арнайы поляризация күйі қажет болуы мүмкін |
| Шудың қарқындылығы | Төмен шу деңгейі өте маңызды | Сорғы жарық қарқындылығының ауытқуы лазер шығысының сапасы мен тұрақтылығына әсер етуі мүмкін | Жоғары тұрақтылық пен дәлдікті қажет ететін қолданбалар үшін маңызды |
Жіберу уақыты: 01 желтоқсан 2023 ж