Abonner på vores sociale medier til hurtig post

Lasere, en hjørnesten i moderne teknologi, er lige så fascinerende som de er komplekse. I deres hjerte ligger en symfoni af komponenter, der arbejder unisont for at producere sammenhængende, amplificeret lys. Denne blog dykker ned i forviklingerne i disse komponenter, understøttet af videnskabelige principper og ligninger, for at give en dybere forståelse af laserteknologi.

Avanceret indsigt i lasersystemkomponenter: et teknisk perspektiv for fagfolk

Komponent	Fungere	Eksempler
Få medium	Forstærkningsmediet er materialet i en laser, der bruges til at forstærke lys. Det letter lysforstærkning gennem processen med befolkningsinversion og stimuleret emission. Valget af forstærkningsmedium bestemmer laserens strålingsegenskaber.	Solid-state lasere: f.eks. ND: YAG (neodymium-dopet yttrium aluminium granat), der bruges i medicinske og industrielle anvendelser.Gaslasere: f.eks. CO2 -lasere, der bruges til skæring og svejsning.Halvlederlasere:F.eks. Laserdioder, der bruges i fiberoptikkommunikation og laserpointer.
Pumpekilde	Pumpekilden giver energi til forstærkningsmediet for at opnå befolkningsinversion (energikilden til befolkningsinversion), hvilket muliggør laserdrift.	Optisk pumpning: Brug af intense lyskilder som flashlamps til at pumpe faststoflasere.Elektrisk pumpning: Spændende gas i gaslasere gennem elektrisk strøm.Halvlederpumpning: Brug af laserdioder til at pumpe faststof-lasermediet.
Optisk hulrum	Det optiske hulrum, der består af to spejle, afspejler lys for at øge lysets længde i forstærkningsmediet og derved forbedre lysforstærkning. Det giver en feedbackmekanisme til laserforstærkning, der vælger de spektrale og rumlige egenskaber ved lyset.	Plan-planhulen: Brugt i laboratorieforskning, enkel struktur.Planhulskoncavehulrum: Almindelig i industrielle lasere giver bjælker af høj kvalitet. Ringhulrum: Brugt i specifikke design af ringlasere, som ringgaslasere.

Gain Medium: A Nexus of Quantum Mechanics and Optical Engineering

Kvantedynamik i gevinstmediet

Forstærkningsmediet er, hvor den grundlæggende proces med lysamplifikation forekommer, et fænomen dybt forankret i kvantemekanik. Samspillet mellem energilater og partikler inden for mediet styres af principperne for stimuleret emission og befolkningsinversion. Det kritiske forhold mellem lysintensiteten (I), den oprindelige intensitet (I0), overgangstværsnittet (σ21) og partikelnumrene ved de to energiniveauer (N2 og N1) er beskrevet af ligningen I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). At opnå en befolkningsinversion, hvor N2> N1, er vigtig for forstærkning og er en hjørnesten i laserfysik [1].

Tre-niveau vs. fire niveauer systemer

I praktiske laserdesign anvendes ofte på tre niveauer og fire niveauer. Selvom de er enklere på tre niveauer, kræver mere energi for at opnå befolkningsinversion, da det nedre laserniveau er jordtilstanden. Fire-niveau-systemer tilbyder på den anden side en mere effektiv rute til befolkningsinversion på grund af det hurtige ikke-strålende forfald fra det højere energiniveau, hvilket gør dem mere udbredt i moderne laserapplikationer [2].

Is Erbium-dopet glasEt gevinstmedium?

Ja, Erbium-dopet glas er faktisk en type forstærkningsmedium, der bruges i lasersystemer. I denne sammenhæng henviser "doping" til processen med at tilføje en vis mængde erbiumioner (er³⁺) til glasset. Erbium er et sjældent jordelement, der, når den er inkorporeret i en glas vært, effektivt kan forstærke lys gennem stimuleret emission, en grundlæggende proces i laserdrift.

Erbium-dopet glas er især bemærkelsesværdigt for dets anvendelse i fiberlasere og fiberforstærkere, især inden for telekommunikationsindustrien. Det er velegnet til disse applikationer, fordi det effektivt forstærker lys ved bølgelængder omkring 1550 nm, hvilket er en nøglebølgelængde for optisk fiberkommunikation på grund af dets lave tab i standard silicafibre.

DeErbiumioner absorberer pumpelys (ofte fra enlaserdiode) og er glade for højere energitilstande. Når de vender tilbage til en lavere energitilstand, udsender de fotoner ved lasingbølgelængden og bidrager til laserprocessen. Dette gør Erbium-dopet glas til et effektivt og vidt anvendt forstærkningsmedium i forskellige laser- og forstærkerdesign.

Relaterede blogs: Nyheder - Erbium -dopet glas: Videnskab og applikationer

Pumpemekanismer: drivkraften bag lasere

Forskellige tilgange til opnåelse af befolkningsinversion

Valget af pumpemekanisme er centralt i laserdesign, der påvirker alt fra effektivitet til udsendelse af bølgelængde. Optisk pumpning ved hjælp af eksterne lyskilder såsom flashlamps eller andre lasere er almindeligt i faststof- og farvestoflasere. Elektriske udladningsmetoder anvendes typisk i gaslasere, mens lasere af halvlederen ofte bruger elektroninjektion. Effektiviteten af disse pumpemekanismer, især i diode-pumpede faststof-lasere, har været et betydeligt fokus for nyere forskning, der tilbyder højere effektivitet og kompakthed [3].

Tekniske overvejelser i pumpeeffektivitet

Effektiviteten af pumpeprocessen er et kritisk aspekt af laserdesign, der påvirker den samlede ydelse og applikations egnethed. I lasere i fast tilstand kan valget mellem flashlamps og laserdioder som en pumpekilde væsentligt påvirke systemets effektivitet, termisk belastning og strålekvalitet. Udviklingen af laserdioder med høj effekt, høj effektivitet har revolutioneret DPSS-lasersystemer, hvilket muliggør mere kompakte og effektive design [4].

Det optiske hulrum: Engineering af laserstrålen

Hulrumsdesign: En afbalancerende handling af fysik og teknik

Det optiske hulrum eller resonator er ikke kun en passiv komponent, men en aktiv deltager i udformningen af laserstrålen. Designet af hulrummet, inklusive krumning og justering af spejle, spiller en afgørende rolle i bestemmelsen af stabiliteten, tilstandsstrukturen og udgangen af laseren. Hulrummet skal være designet til at forbedre den optiske gevinst, mens de minimerer tab, en udfordring, der kombinerer optisk teknik med bølgeoptik5.

Oscillationsbetingelser og valg af tilstand

For at laseroscillation kan forekomme, skal gevinsten, der er leveret af mediet, overstige tabene i hulrummet. Denne tilstand kombineret med kravet om sammenhængende bølge -superposition dikterer, at kun visse langsgående tilstande understøttes. Tilstandsafstanden og den samlede tilstandsstruktur påvirkes af hulrumets fysiske længde og brydningsindekset for forstærkningsmediet [6].

Konklusion

Design og drift af lasersystemer omfatter et bredt spektrum af fysik og ingeniørprincipper. Fra kvantemekanikken, der styrer forstærkningsmediet til den komplicerede konstruktion af det optiske hulrum, spiller hver komponent i et lasersystem en vigtig rolle i dets overordnede funktionalitet. Denne artikel har givet et glimt af den komplekse verden af laserteknologi, der giver indsigt, der resonerer med den avancerede forståelse af professorer og optiske ingeniører i marken.

Relateret laserapplikation

Relaterede produkter

Diode pumpet solid state laser

Løft din forskning og applikationer med vores Diode Pumped Solid State Lasers (DPSS) -serie. Disse lasere, der er udstyret med højeffektpumpefunktioner, enestående bjælkekvalitet og uovertruffen stabilitet, tilbyder alsidige løsninger til applikationer

Laserdiodearray

Serien med laserdiodestakke fås i vandrette, lodrette, polygon, ring og mini-stablede arrays, loddet sammen ved hjælp af AUSN-hård lodningsteknologi. Kølestakken kan bruges i belysning, forskning, detektion og pumpekilder.

Fiber koblet laserdiode

Fiber-koblede diodelasere, der udsender glat og cirkulært lys med symmetrisk stråkvalitet, defineres som diodelaserenheder, der parrer det resulterende lys i en optisk fiber

Erbium-dopet glaslaser

Vores erbium-dopede glaslaser, kendt som 1535nm øjensikre er glaslaser, udmærker sig i øjensikre afstandsfolk. Det tilbyder pålidelig, omkostningseffektiv ydelse, der udsender lys absorberet af hornhinden og krystallinske øjestrukturer, hvilket sikrer nethindesikkerhed.

Referencer

1. Siegman, AE (1986). Lasere. Universitetsvidenskabsbøger.
2. Svelto, O. (2010). Principper for lasere. Springer.
3. Koechner, W. (2006). Solid-state laserteknik. Springer.
4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Diode pumpede lasere med fast tilstand. I håndbog om laserteknologi og applikationer (bind III). CRC Press.
5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserfysik. Wiley.
6. Silfvast, Wt (2004). Laser Fundamentals. Cambridge University Press.

Posttid: Nov-27-2023

Nøglekomponenter i laser: Få medium, pumpekilde og det optiske hulrum.