Die basiese werkbeginsel van 'n laser (ligversterking deur gestimuleerde emissie van bestraling) is gebaseer op die verskynsel van gestimuleerde emissie van lig. Deur 'n reeks presiese ontwerpe en strukture genereer lasers balke met 'n hoë samehang, monochromatiteit en helderheid. Lasers word wyd gebruik in moderne tegnologie, onder meer in velde soos kommunikasie, medisyne, vervaardiging, meting en wetenskaplike navorsing. Hul hoë doeltreffendheid en presiese beheerseienskappe maak dit die kernkomponent van baie tegnologieë. Hieronder is 'n gedetailleerde uiteensetting van die werkbeginsels van lasers en die meganismes van verskillende soorte lasers.
1. gestimuleerde emissie
Gestimuleerde emissieis die fundamentele beginsel agter lasergenerering, wat Einstein eers in 1917 voorgestel is. Hierdie verskynsel beskryf hoe meer samehangende fotone geproduseer word deur die interaksie tussen lig- en opgewekte toestand. Laat ons begin met spontane emissie om gestimuleerde emissie beter te verstaan:
Spontane emissie: In atome, molekules of ander mikroskopiese deeltjies kan elektrone eksterne energie opneem (soos elektriese of optiese energie) en oorgang na 'n hoër energievlak, bekend as die opgewekte toestand. Opgewonde-toestand-elektrone is egter onstabiel en sal uiteindelik na 'n kort periode na 'n laer energievlak, bekend as die grondtoestand, terugkeer. Tydens hierdie proses stel die elektron 'n foton vry, wat spontane emissie is. Sulke fotone is ewekansig in terme van frekwensie, fase en rigting, en het dus nie samehang nie.
Gestimuleerde emissie: Die sleutel tot gestimuleerde emissie is dat wanneer 'n elektroniese elektron 'n foton teëkom met 'n energie wat ooreenstem met die oorgangsenergie, die foton die elektron kan aanmoedig om na die grondtoestand terug te keer terwyl hy 'n nuwe foton vrystel. Die nuwe foton is identies aan die oorspronklike een in terme van frekwensie, fase en voortplantingsrigting, wat lei tot samehangende lig. Hierdie verskynsel versterk die aantal en energie van fotone aansienlik en is die kernmeganisme van lasers.
Positiewe terugvoereffek van gestimuleerde emissie: In die ontwerp van lasers word die gestimuleerde emissieproses verskeie kere herhaal, en hierdie positiewe terugvoereffek kan die aantal fotone eksponensieel verhoog. Met behulp van 'n resonante holte word die samehang van fotone gehandhaaf en word die intensiteit van die ligstraal voortdurend verhoog.
2. Kry medium
DieKry mediumis die kernmateriaal in die laser wat die versterking van fotone en die laseruitset bepaal. Dit is die fisiese basis vir gestimuleerde emissie, en die eienskappe daarvan bepaal die frekwensie, golflengte en uitsetkrag van die laser. Die tipe en kenmerke van die winsmedium beïnvloed die toepassing en werkverrigting van die laser direk.
Opwindingsmeganisme: Elektrone in die winsmedium moet opgewonde wees tot 'n hoër energievlak deur 'n eksterne energiebron. Hierdie proses word gewoonlik bereik deur eksterne energievoorsieningstelsels. Algemene opwindingsmeganismes sluit in:
Elektriese pomp: Verhoog die elektrone in die winsmedium deur 'n elektriese stroom toe te pas.
Optiese pomp: Verhoog die medium met 'n ligbron (soos 'n flitslamp of 'n ander laser).
Energievlakke -stelsel: Elektrone in die winsmedium word tipies in spesifieke energievlakke versprei. Die algemeenste isTweevlakstelselsenviervlakstelsels. In 'n eenvoudige tweevlak-stelsel is elektrone van die grondtoestand na die opgewekte toestand oorgaan en keer dan terug na die grondtoestand deur gestimuleerde emissie. In 'n viervlakstelsel ondergaan elektrone meer ingewikkelde oorgange tussen verskillende energievlakke, wat dikwels 'n hoër doeltreffendheid tot gevolg het.
Tipes Gain Media:
Gas kry medium: Helium-neon (He-n) lasers. Gaswinsmedia is bekend vir hul stabiele uitset en vaste golflengte, en word wyd gebruik as standaard ligbronne in laboratoriums.
Vloeibare verkrygingsmedium: Kleurstoflasers byvoorbeeld. Kleurmolekules het goeie opwindende eienskappe oor verskillende golflengtes, wat dit ideaal maak vir instelbare lasers.
Soliede wins medium: Byvoorbeeld, ND (Neodymium-gedopte Yttrium aluminium granaat) lasers. Hierdie lasers is baie doeltreffend en kragtig en word wyd gebruik in industriële sny, sweis en mediese toepassings.
Halfgeleier verkry medium: Byvoorbeeld, gallium -arsenied (GAAS) materiale word wyd gebruik in kommunikasie en opto -elektroniese toestelle soos laserdiodes.
3. Resonatorholte
DieResonatorholteis 'n struktuurkomponent in die laser wat gebruik word vir terugvoer en versterking. Die kernfunksie daarvan is om die aantal fotone wat deur gestimuleerde emissie geproduseer word, te verbeter deur dit binne die holte te weerspieël en te versterk, en sodoende 'n sterk en gefokusde laseruitset te genereer.
Struktuur van die resonatorholte: Dit bestaan gewoonlik uit twee parallelle spieëls. Een is 'n volledig reflektiewe spieël, bekend as dieAgterspieël, en die ander is 'n gedeeltelik reflektiewe spieël, bekend as dieuitsetspieël. Fotone weerspieël heen en weer binne die holte en word versterk deur interaksie met die winsmedium.
Resonansietoestand: Die ontwerp van die resonatorholte moet aan sekere toestande voldoen, soos om te verseker dat fotone staande golwe in die holte vorm. Dit vereis dat die lengte van die holte 'n veelvoud van die lasermolflengte is. Slegs liggolwe wat aan hierdie toestande voldoen, kan effektief in die holte versterk word.
Uitsetbalk: Die gedeeltelik reflektiewe spieël laat 'n gedeelte van die versterkte ligstraal deur, en vorm die laser se uitsetbalk. Hierdie balk het hoë rigting, samehang en monochromatiteit.
As u meer wil leer of in lasers belangstel, kontak ons gerus:
Lumispot
Adres: Gebou 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Webwerf: www.lumispot-tech.com
Postyd: Sep-18-2024