Det grundlæggende arbejdsprincip for en laser (lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling) er baseret på fænomenet stimuleret emission af lys. Gennem en række præcise design og strukturer genererer lasere bjælker med høj sammenhæng, monokromatik og lysstyrke. Lasere er vidt brugt i moderne teknologi, herunder inden for områder som kommunikation, medicin, fremstilling, måling og videnskabelig forskning. Deres høje effektivitet og præcise kontrolegenskaber gør dem til kernekomponenten i mange teknologier. Nedenfor er en detaljeret forklaring af arbejdsprincipperne for lasere og mekanismerne for forskellige typer lasere.
1. Stimuleret emission
Stimuleret emissioner det grundlæggende princip bag lasergenerering, der først blev foreslået af Einstein i 1917. Dette fænomen beskriver, hvordan flere sammenhængende fotoner produceres gennem samspillet mellem let og ophidset tilstand. For bedre at forstå stimuleret emission, lad os starte med spontan emission:
Spontan emission: I atomer, molekyler eller andre mikroskopiske partikler kan elektroner absorbere ekstern energi (såsom elektrisk eller optisk energi) og overgang til et højere energiniveau, kendt som den ophidsede tilstand. Imidlertid er excit-state-elektroner ustabile og vil til sidst vende tilbage til et lavere energiniveau, kendt som jordtilstanden, efter en kort periode. Under denne proces frigiver elektronet en foton, der er spontan emission. Sådanne fotoner er tilfældige med hensyn til frekvens, fase og retning og mangler således sammenhæng.
Stimuleret emission: Nøglen til stimuleret emission er, at når en ophidset tilstand elektron møder en foton med en energi, der matcher sin overgangsenergi, kan fotonen bede elektronet om at vende tilbage til jordtilstanden, mens den frigiver en ny foton. Den nye foton er identisk med den originale med hensyn til frekvens-, fase- og forplantningsretning, hvilket resulterer i sammenhængende lys. Dette fænomen forstærker antallet og energien af fotoner og er kernemekanismen for lasere.
Positiv feedbackeffekt af stimuleret emission: I designet af lasere gentages den stimulerede emissionsproces flere gange, og denne positive feedback -effekt kan eksponentielt øge antallet af fotoner. Ved hjælp af et resonanshulrum opretholdes sammenhængen af fotoner, og intensiteten af lysstrålen øges kontinuerligt.
2. Get medium
Defå mediumer kernematerialet i laseren, der bestemmer amplificering af fotoner og laserudgangen. Det er det fysiske grundlag for stimuleret emission, og dens egenskaber bestemmer frekvensen, bølgelængden og udgangseffekten af laseren. Forstærkningsmediets type og egenskaber påvirker direkte laserens applikation og ydeevne.
Excitationsmekanisme: Elektroner i Gain Medium skal være begejstrede for et højere energiniveau af en ekstern energikilde. Denne proces opnås normalt af eksterne energiforsyningssystemer. Almindelige excitationsmekanismer inkluderer:
Elektrisk pumpning: Spændende elektroner i forstærkningsmediet ved at anvende en elektrisk strøm.
Optisk pumpning: Spændende mediet med en lyskilde (såsom en flashlampe eller en anden laser).
Energiniveau System: Elektroner i forstærkningsmediet distribueres typisk i specifikke energiniveauer. De mest almindelige erTo-niveau systemerogSystemer på fire niveauer. I et simpelt to-niveau-system overgår elektroner fra jordtilstanden til den ophidsede tilstand og vender derefter tilbage til jordtilstanden gennem stimuleret emission. I et fire-niveau-system gennemgår elektroner mere komplekse overgange mellem forskellige energiniveauer, hvilket ofte resulterer i højere effektivitet.
Typer af gevinstmedier:
Gasforstærkningsmedium: For eksempel Helium-Neon (He-Ne) lasere. Gasforstærkningsmedier er kendt for deres stabile output og fast bølgelængde og er vidt brugt som standard lyskilder i laboratorier.
Flydende forstærkningsmedium: For eksempel farvestoflasere. Farvestofmolekyler har gode excitationsegenskaber på tværs af forskellige bølgelængder, hvilket gør dem ideelle til indstillelige lasere.
Solid gevinstmedium: For eksempel ND (neodymium-dopet yttrium aluminium granat) lasere. Disse lasere er yderst effektive og kraftfulde og er vidt brugt til industriel skæring, svejsning og medicinske anvendelser.
Halvleder gevinst medium: For eksempel er galliumarsenid (GAAS) materialer vidt brugt i kommunikation og optoelektroniske enheder såsom laserdioder.
3. Resonatorhulrum
DeResonatorhulrumer en strukturel komponent i den laser, der bruges til feedback og amplifikation. Dens kernefunktion er at forbedre antallet af fotoner produceret gennem stimuleret emission ved at reflektere og forstærke dem inde i hulrummet og således generere en stærk og fokuseret laserudgang.
Struktur af resonatorhulen: Det består normalt af to parallelle spejle. Den ene er et fuldt reflekterende spejl, kendt sombagspejl, og den anden er et delvist reflekterende spejl, kendt somoutput spejl. Fotoner reflekterer frem og tilbage i hulrummet og forstærkes gennem interaktion med forstærkningsmediet.
Resonanstilstand: Designet af resonatorhulen skal opfylde visse betingelser, såsom at sikre, at fotoner danner stående bølger inde i hulrummet. Dette kræver, at hulrumslængden er et multiplum af laserbølgelængden. Kun lette bølger, der opfylder disse forhold, kan effektivt forstærkes inde i hulrummet.
Outputstråle: Det delvist reflekterende spejl giver en del af den amplificerede lysstråle mulighed for at passere, hvilket danner laserens outputstråle. Denne bjælke har høj retningsbestemmelse, sammenhæng og monokromatik.
Hvis du vil lære mere eller er interesseret i lasere, er du velkommen til at kontakte os:
Lumispot
Adresse: Building 4 #, nr. 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kina
Tlf: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Hjemmeside: www.lumispot-tech.com
Posttid: SEP-18-2024