Osnovni princip rada lasera (pojačavanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja) zasniva se na fenomenu stimulirane emisije svjetlosti. Kroz niz preciznih dizajna i struktura, laseri generiraju zrake s visokom koherencijom, monohromatijom i svjetlinom. Laseri se široko koriste u modernoj tehnologiji, uključujući područja kao što su komunikacija, medicina, proizvodnja, mjerenje i naučna istraživanja. Njihova visoka efikasnost i precizne kontrolne karakteristike čine ih ključnom komponentom mnogih tehnologija. U nastavku slijedi detaljno objašnjenje principa rada lasera i mehanizama različitih vrsta lasera.
1. Stimulisana emisija
Stimulisana emisijaje fundamentalni princip iza laserske generacije, koji je prvi put predložio Einstein 1917. godine. Ovaj fenomen opisuje kako se koherentniji fotoni proizvode interakcijom između svjetlosti i pobuđene materije. Da bismo bolje razumjeli stimuliranu emisiju, počnimo sa spontanom emisijom:
Spontana emisijaU atomima, molekulama ili drugim mikroskopskim česticama, elektroni mogu apsorbirati vanjsku energiju (kao što je električna ili optička energija) i prijeći na viši energetski nivo, poznat kao pobuđeno stanje. Međutim, elektroni u pobuđenom stanju su nestabilni i na kraju će se vratiti na niži energetski nivo, poznat kao osnovno stanje, nakon kratkog perioda. Tokom ovog procesa, elektron oslobađa foton, što je spontana emisija. Takvi fotoni su nasumični u smislu frekvencije, faze i smjera, te stoga nemaju koherenciju.
Stimulisana emisijaKljuč stimulisane emisije je da kada elektron u pobuđenom stanju naiđe na foton čija energija odgovara njegovoj energiji prelaza, foton može podstaći elektron da se vrati u osnovno stanje, oslobađajući novi foton. Novi foton je identičan originalnom u smislu frekvencije, faze i smjera širenja, što rezultira koherentnom svjetlošću. Ovaj fenomen značajno pojačava broj i energiju fotona i predstavlja osnovni mehanizam lasera.
Pozitivna povratna sprega stimulisane emisijeU dizajnu lasera, proces stimulisane emisije se ponavlja više puta, a ovaj efekat pozitivne povratne sprege može eksponencijalno povećati broj fotona. Uz pomoć rezonantne šupljine, koherencija fotona se održava, a intenzitet svjetlosnog snopa se kontinuirano povećava.
2. Srednje pojačanje
Thesrednje pojačanjeje osnovni materijal u laseru koji određuje pojačanje fotona i laserski izlaz. To je fizička osnova za stimulisanu emisiju, a njegova svojstva određuju frekvenciju, talasnu dužinu i izlaznu snagu lasera. Vrsta i karakteristike medija za pojačanje direktno utiču na primjenu i performanse lasera.
Mehanizam pobudeElektroni u pojačavajućem mediju moraju biti pobuđeni na viši energetski nivo pomoću vanjskog izvora energije. Ovaj proces se obično postiže vanjskim sistemima za dovod energije. Uobičajeni mehanizmi pobuđivanja uključuju:
Električno pumpanjePobuđivanje elektrona u pojačavajućem mediju primjenom električne struje.
Optičko pumpanjePobuđivanje medija izvorom svjetlosti (kao što je blic ili drugi laser).
Sistem energetskih nivoaElektroni u pojačavajućem mediju su obično raspoređeni po specifičnim energetskim nivoima. Najčešći sudvoetažni sistemiičetverostepeni sistemiU jednostavnom dvonivoskom sistemu, elektroni prelaze iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje, a zatim se vraćaju u osnovno stanje putem stimulisane emisije. U četveronivoskom sistemu, elektroni prolaze kroz složenije prelaze između različitih energetskih nivoa, što često rezultira većom efikasnošću.
Vrste medija za pojačanje:
Srednji dobitak plinaNa primjer, helijum-neonski (He-Ne) laseri. Mediji za pojačanje plina poznati su po stabilnom izlazu i fiksnoj talasnoj dužini te se široko koriste kao standardni izvori svjetlosti u laboratorijama.
Srednji dobitak tekućineNa primjer, laseri s bojama. Molekule boja imaju dobra svojstva pobuđivanja na različitim talasnim dužinama, što ih čini idealnim za lasere s podesivim svojstvima.
Srednji dobitakNa primjer, Nd (neodimijumom dopirani itrijum aluminijum granat) laseri. Ovi laseri su veoma efikasni i snažni, te se široko koriste u industrijskom rezanju, zavarivanju i medicinskim primjenama.
Poluprovodničko pojačanje srednjeNa primjer, materijali od galij arsenida (GaAs) se široko koriste u komunikacijskim i optoelektronskim uređajima kao što su laserske diode.
3. Rezonatorska šupljina
Therezonatorska šupljinaje strukturna komponenta u laseru koja se koristi za povratnu informaciju i pojačanje. Njegova osnovna funkcija je povećanje broja fotona proizvedenih putem stimulirane emisije reflektirajući ih i pojačavajući unutar šupljine, čime se generira snažan i fokusiran laserski izlaz.
Struktura rezonatorske šupljineObično se sastoji od dva paralelna ogledala. Jedno je potpuno reflektirajuće ogledalo, poznato kaoretrovizor, a drugo je djelimično reflektirajuće ogledalo, poznato kaoizlazno ogledaloFotoni se reflektiraju naprijed-nazad unutar šupljine i pojačavaju se interakcijom s pojačavajućim medijem.
Rezonantni uslovDizajn rezonatorske šupljine mora ispunjavati određene uslove, kao što je osiguranje da fotoni formiraju stojne talase unutar šupljine. To zahtijeva da dužina šupljine bude višekratnik talasne dužine lasera. Samo svjetlosni talasi koji ispunjavaju ove uslove mogu se efikasno pojačati unutar šupljine.
Izlazni snopDjelomično reflektirajuće ogledalo propušta dio pojačanog svjetlosnog snopa, formirajući laserski izlazni snop. Ovaj snop ima visoku usmjerenost, koherenciju i monohromatičnost..
Ako želite saznati više ili ste zainteresirani za lasere, slobodno nas kontaktirajte:
Lumispot
Adresa: Zgrada 4 #, br. 99 Furong 3rd Road, okrug Xishan, Wuxi, 214000, Kina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobilni: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web stranica: www.lumispot-tech.com
Vrijeme objave: 18. septembar 2024.