Laserin periaate ja koostumus

Laser on laite, joka voi lähettää laseria. Työvälineen mukaan laserit voidaan jakaa neljään luokkaan: kaasulaserit, kiinteät laserit, puolijohdelaserit ja värilaserit. Viime aikoina on kehitetty ilmaisia ​​elektronilasereita. Suuritehoiset laserit pulssoidaan yleensä. Lähtö.

Laserin toimintaperiaate:
Lukuun ottamatta ilmaisia ​​elektronilasereita, eri laserien perusperiaatteet ovat samat. Lasergeneraation välttämättömät olosuhteet ovat väestön kääntäminen ja vahvistus kuin häviö, joten laitteen välttämättömät komponentit ovat viritys (tai pumppaus) lähde ja työväline, jolla on metastabiilinen energiataso. Jännitys tarkoittaa sitä, että työväline kiihtyy jännittyneeseen tilaan ulkoisen energian absorboimisen jälkeen ja luo olosuhteet väestön inversion toteuttamiseksi ja ylläpitämiseksi. Viritysmenetelmiä ovat optinen, sähköinen, kemiallinen ja ydinenergian viritys.
Työvälineen metastabiilinen energiataso saa stimuloidun säteilyn hallitsemaan, mikä toteuttaa optisen vahvistuksen. Lasereiden yleisiä komponentteja ovat resonanssiontelo, mutta resonanssiontelo (katso optinen resonanssiontelo) ei ole välttämätön komponentti. Resonanssiontelo voi tehdä ontelon fotoneilla saman taajuuden, vaiheen ja kulkusuunnan, joten laserilla on hyvä suunta ja johdonmukaisuus. Lisäksi se voi lyhentää työmateriaalin pituutta hyvin ja voi myös säätää muodostetun laserin tilaa muuttamalla resonanssiontelon pituutta (eli tilan valinta), joten yleensä lasereissa on resonanssionteloita.

Laser koostuu yleensä kolmesta osasta:
1. Toimiva aine: Laserin ytimessä vain ainetta, joka voi saavuttaa energiatason siirtymisen, voidaan käyttää laserin työaineena.
2. Rohkaiseva energia: sen tehtävänä on antaa energiaa työaineelle ja virittää atomit alhaisen energian tasolta korkean energian ulkoisen energian tasolle. Yleensä voi olla valoenergiaa, lämpöenergiaa, sähköenergiaa, kemiallista energiaa jne.
3. Optinen resonanssiontelo: Ensimmäinen tehtävä on saada työaineen stimuloitu säteily jatkumaan jatkuvasti; toinen on jatkuvasti kiihdyttää fotoneja; kolmas on lasersäteen suunnan rajoittaminen. Yksinkertaisin optinen resonanssiontelo koostuu kahdesta rinnakkaisesta peilistä, jotka on sijoitettu helium-neonlaserin molempiin päihin. Kun jotkut neoniatomit siirtyvät kahden energiatason välillä, jotka ovat saavuttaneet populaation inversion, ja säteilevät fotoneja yhdensuuntaisesti laserin kanssa, nämä fotonit heijastuvat edestakaisin kahden peilin välillä aiheuttaen siten jatkuvasti stimuloitua säteilyä. Erittäin voimakas laservalo syntyy erittäin nopeasti.

Laserin lähettämän valon laatu on puhdasta ja spektri on vakaa, ja sitä voidaan käyttää monin tavoin:
Ruby -laser: Alkuperäinen laser oli se, että ruby ​​innostui kirkkaasta vilkkuvasta lampusta, ja tuotettu laser oli pikemminkin "pulssilaseri" kuin jatkuva ja vakaa säde. Tämän laserin tuottaman valon nopeuden laatu on pohjimmiltaan erilainen kuin tällä hetkellä käyttämämme laserdiodin tuottama laser. Tämä voimakas, vain muutaman nanosekunnin kestävä valonsäteily sopii erittäin helposti liikkuvien kohteiden, kuten ihmisten holografisten muotokuvien, kuvaamiseen. Ensimmäinen lasermuotokuva syntyi vuonna 1967. Ruby -laserit vaativat kalliita rubiineja ja voivat tuottaa vain lyhyitä valopulsseja.

He-Ne-laser: Vuonna 1960 tutkijat Ali Javan, William R.Brennet Jr. ja Donald Herriot suunnittelivat He-Ne-laserin. Tämä on ensimmäinen kaasulaser. Tämän tyyppistä laseria käyttävät yleisesti holografiset valokuvaajat. Kaksi etua: 1. Tuottaa jatkuvaa laserlähtöä; 2. Älä tarvitse salamalamppua valon herättämiseen, vaan käytä sähköistä virityskaasua.

Laserdiodi: Laserdiodi on yksi yleisimmin käytetyistä lasereista. Elektronien ja reikien spontaanin rekombinaation ilmiötä diodin PN -liitoksen molemmin puolin valoa emittoimaan kutsutaan spontaaniksi emissioksi. Kun spontaanin säteilyn synnyttämä fotoni kulkee puolijohteen läpi, kun se kulkee emittoidun elektroni-reikäparin läheisyydessä, se voi virittää nämä kaksi yhdistymään ja tuottamaan uusia fotoneja. Tämä fotoni saa herätetyt kantajat yhdistymään ja emittoimaan uusia fotoneja. Ilmiötä kutsutaan stimuloiduksi päästöksi.

Jos ruiskutettu virta on riittävän suuri, muodostuu lämmön tasapainotilaa vastakkainen kantoaallon jakauma eli populaation inversio. Kun aktiivisen kerroksen kantoaallot ovat suuressa määrässä käänteisiä, pieni määrä spontaania säteilyä tuottaa indusoitua säteilyä resonanssiontelon kahden pään edestakaisin heijastumisen vuoksi, mikä johtaa taajuusselektiiviseen resonanssipositiiviseen palautteeseen tai tietty taajuus. Kun vahvistus on suurempi kuin absorptiohäviö, PN-liitoksesta voidaan lähettää koherenttia valoa, jolla on hyvät spektriviivat-laservalo. Laserdiodin keksintö mahdollistaa lasersovellusten nopean suosion. Erilaisia ​​tiedonskannauksia, valokuituyhteyksiä, lasermittauksia, lidaria, laserlevyjä, laserosoittimia, supermarkettikokoelmia jne. Kehitetään ja suositellaan jatkuvasti.