Osnovni princip rada lasera (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) zasniva se na fenomenu stimulisane emisije svetlosti. Kroz seriju preciznih dizajna i struktura, laseri stvaraju zrake visoke koherentnosti, monokromatizma i svjetline. Laseri se široko koriste u modernoj tehnologiji, uključujući u oblastima kao što su komunikacija, medicina, proizvodnja, mjerenje i naučna istraživanja. Njihova visoka efikasnost i precizne karakteristike upravljanja čine ih osnovnom komponentom mnogih tehnologija. Ispod je detaljno objašnjenje principa rada lasera i mehanizama različitih tipova lasera.
1. Stimulirana emisija
Stimulirana emisijaje osnovni princip iza generisanja lasera, koji je prvi predložio Ajnštajn 1917. Ovaj fenomen opisuje kako se koherentniji fotoni proizvode kroz interakciju između svetlosti i materije pobuđenog stanja. Da bismo bolje razumjeli stimulisanu emisiju, počnimo sa spontanom emisijom:
Spontana emisija: U atomima, molekulima 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 nakon kratkog perioda vratiti na niži energetski nivo, poznat kao osnovno stanje. Tokom ovog procesa, elektron oslobađa foton, što je spontana emisija. Takvi fotoni su nasumični u smislu frekvencije, faze i smjera, te stoga nemaju koherentnost.
Stimulirana emisija: Ključ za stimulisanu emisiju je da kada elektron u pobuđenom stanju naiđe na foton čija energija odgovara njegovoj tranzicionoj energiji, foton može potaknuti elektron da se vrati u osnovno stanje dok oslobađa 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.
Efekat pozitivne povratne sprege stimulisane emisije: U dizajnu lasera, proces stimulirane emisije se ponavlja više puta, a ovaj pozitivni povratni efekat može eksponencijalno povećati broj fotona. Uz pomoć rezonantne šupljine održava se koherentnost fotona, a intenzitet svjetlosnog snopa se kontinuirano povećava.
2. Srednji dobitak
Thedobitak srednjeje materijal jezgre u laseru koji određuje pojačanje fotona i laserski izlaz. To je fizička osnova za stimulisanu emisiju, a njegova svojstva određuju frekvenciju, valnu dužinu i izlaznu snagu lasera. Vrsta i karakteristike medija za pojačavanje direktno utiču na primenu i performanse lasera.
Mehanizam pobude: Elektroni u mediju za pojačanje moraju biti pobuđeni na viši energetski nivo pomoću vanjskog izvora energije. Ovaj proces se obično postiže eksternim sistemima za snabdevanje energijom. Uobičajeni mehanizmi pobude uključuju:
Električno pumpanje: Pobuđivanje elektrona u mediju za pojačanje primjenom električne struje.
Optičko pumpanje: Uzbuditi medijum sa izvorom svetlosti (kao što je blic ili drugi laser).
Sistem nivoa energije: Elektroni u medijumu pojačanja su tipično raspoređeni u određenim energetskim nivoima. Najčešći susistemi na dva nivoaičetvorostepeni sistemi. U jednostavnom sistemu na dva nivoa, elektroni prelaze iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje, a zatim se vraćaju u osnovno stanje kroz stimulisanu emisiju. U sistemu sa četiri nivoa, elektroni prolaze kroz složenije prelaze između različitih energetskih nivoa, što često dovodi do veće efikasnosti.
Vrste medija za pojačavanje:
Gas Gain Medium: Na primjer, helijum-neonski (He-Ne) laseri. Mediji za dobijanje gasa su poznati po svom stabilnom izlazu i fiksnoj talasnoj dužini, i široko se koriste kao standardni izvori svetlosti u laboratorijama.
Liquid Gain Medium: Na primjer, laseri za bojenje. Molekuli boje imaju dobra svojstva pobude na različitim talasnim dužinama, što ih čini idealnim za podesive lasere.
Solid Gain Medium: Na primjer, Nd (itrijum-aluminijski granat dopiran neodimijumom) laseri. Ovi laseri su visoko efikasni i snažni i široko se koriste u industrijskom rezanju, zavarivanju i medicinskim aplikacijama.
Semiconductor Gain Medium: Na primjer, materijali 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 povećati broj fotona proizvedenih stimuliranom emisijom reflektirajući ih i pojačavajući ih unutar šupljine, čime se stvara snažan i fokusiran laserski izlaz.
Struktura rezonatorske šupljine: Obično se sastoji od dva paralelna ogledala. Jedno je potpuno reflektirajuće ogledalo, poznato kaozadnji retrovizor, a drugo je djelomično reflektirajuće ogledalo, poznato kaoizlazno ogledalo. Fotoni se reflektuju naprijed-nazad unutar šupljine i pojačavaju se kroz interakciju sa medijumom za pojačavanje.
Resonance Condition: Dizajn šupljine rezonatora mora ispuniti određene uslove, kao što je osiguranje da fotoni formiraju stojne talase unutar šupljine. Ovo zahtijeva da dužina šupljine bude višestruka od talasne dužine lasera. Samo svetlosni talasi koji ispunjavaju ove uslove mogu se efikasno pojačati unutar šupljine.
Output Beam: Djelimično reflektirajuće ogledalo dozvoljava dijelu pojačanog svjetlosnog snopa da prođe, formirajući izlazni snop lasera. Ovaj snop ima visoku usmjerenost, koherentnost i monohromatičnost.
Ukoliko želite da saznate više ili ste zainteresovani za lasere, slobodno nas kontaktirajte:
Lumispot
Adresa: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobitel: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web stranica: www.lumispot-tech.com
Vrijeme objave: Sep-18-2024