Die basiese werkbeginsel van 'n laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) is gebaseer op die verskynsel van gestimuleerde liguitstraal. Deur 'n reeks presiese ontwerpe en strukture genereer lasers strale met hoë koherensie, monochromatiesiteit en helderheid. Lasers word wyd gebruik in moderne tegnologie, insluitend in velde soos kommunikasie, medisyne, vervaardiging, meting en wetenskaplike navorsing. Hul hoë doeltreffendheid en presiese beheereienskappe maak hulle die kernkomponent van baie tegnologieë. Hieronder is 'n gedetailleerde verduideliking van die werksbeginsels van lasers en die meganismes van verskillende tipes lasers.
1. Gestimuleerde Emissie
Gestimuleerde emissieis die fundamentele beginsel agter lasergenerering, wat die eerste keer deur Einstein in 1917 voorgestel is. Hierdie verskynsel beskryf hoe meer koherente fotone geproduseer word deur die interaksie tussen lig en materie in opgewekte toestand. Om gestimuleerde emissie beter te verstaan, kom ons begin met spontane emissie:
Spontane Emissie: In atome, molekules of ander mikroskopiese deeltjies kan elektrone eksterne energie (soos elektriese of optiese energie) absorbeer en oorgaan na 'n hoër energievlak, bekend as die opgewekte toestand. Opgewekte-toestand elektrone is egter onstabiel en sal uiteindelik na 'n kort tydperk terugkeer na 'n laer energievlak, bekend as die grondtoestand. 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 gebrek aan samehang.
Gestimuleerde Emissie: Die sleutel tot gestimuleerde emissie is dat wanneer 'n opgewekte-toestand elektron 'n foton teëkom met 'n energie wat ooreenstem met sy oorgangsenergie, die foton die elektron kan aanspoor om terug te keer na die grondtoestand terwyl 'n nuwe foton vrygestel word. Die nuwe foton is identies aan die oorspronklike een in terme van frekwensie, fase en voortplantingsrigting, wat koherente lig tot gevolg het. 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 koherensie van fotone behou, en die intensiteit van die ligstraal word voortdurend verhoog.
2. Wins Medium
Dieverkry mediumis die kernmateriaal in die laser wat die versterking van fotone en die laseruitset bepaal. Dit is die fisiese basis vir gestimuleerde emissie, en sy eienskappe bepaal die frekwensie, golflengte en uitsetkrag van die laser. Die tipe en eienskappe van die versterkingsmedium beïnvloed die toepassing en werkverrigting van die laser direk.
Opwekkingsmeganisme: Elektrone in die versterkingsmedium moet deur 'n eksterne energiebron opgewek word tot 'n hoër energievlak. Hierdie proses word gewoonlik bereik deur eksterne energievoorsieningstelsels. Algemene opwekkingsmeganismes sluit in:
Elektriese pomp: Opwek die elektrone in die versterkingsmedium deur 'n elektriese stroom toe te pas.
Optiese pomp: Opwinding van die medium met 'n ligbron (soos 'n flitslamp of 'n ander laser).
Energievlakstelsel: Elektrone in die versterkingsmedium word tipies in spesifieke energievlakke versprei. Die mees algemene istweevlakstelselsenviervlakstelsels. In 'n eenvoudige tweevlakstelsel gaan elektrone oor van die grondtoestand na die opgewekte toestand en keer dan terug na die grondtoestand deur gestimuleerde emissie. In 'n viervlakstelsel ondergaan elektrone meer komplekse oorgange tussen verskillende energievlakke, wat dikwels hoër doeltreffendheid tot gevolg het.
Tipes Gain Media:
Gastoename Medium: Byvoorbeeld, helium-neon (He-Ne) lasers. Gasversterkingsmedia is bekend vir hul stabiele uitset en vaste golflengte, en word wyd gebruik as standaardligbronne in laboratoriums.
Vloeistoftoename Medium: Byvoorbeeld, kleurstoflasers. Kleurstofmolekules het goeie opwekkingseienskappe oor verskillende golflengtes, wat hulle ideaal maak vir instelbare lasers.
Vaste wins Medium: Byvoorbeeld, Nd (neodymium-gedoteerde yttrium aluminium granaat) lasers. Hierdie lasers is hoogs doeltreffend en kragtig, en word wyd gebruik in industriële sny-, sweis- en mediese toepassings.
Halfgeleierversterking Medium: Byvoorbeeld, galliumarsenied (GaAs) materiale word wyd gebruik in kommunikasie en opto-elektroniese toestelle soos laserdiodes.
3. Resonatorholte
Dieresonator holteis 'n strukturele komponent 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 hulle binne die holte te reflekteer 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 ten volle reflektiewe spieël, bekend as dieagterspieël, en die ander is 'n gedeeltelik reflektiewe spieël, bekend as dieuitset spieël. Fotone reflekteer heen en weer binne die holte en word versterk deur interaksie met die versterkingsmedium.
Resonansie toestand: Die ontwerp van die resonatorholte moet aan sekere voorwaardes voldoen, soos om te verseker dat fotone staande golwe binne die holte vorm. Dit vereis dat die holtelengte 'n veelvoud van die lasergolflengte moet wees. Slegs liggolwe wat aan hierdie voorwaardes voldoen, kan effektief in die holte versterk word.
Uitsetstraal: Die gedeeltelik reflektiewe spieël laat 'n gedeelte van die versterkte ligstraal deur, wat die laser se uitsetstraal vorm. Hierdie straal het hoë rigting, koherensie en monochromaties.
As jy 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.
Selfoon: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Webwerf: www.lumispot-tech.com
Postyd: 18-Sep-2024