Langgan Media Sosial Kami Untuk Siaran Segera
Laser, asas teknologi moden, sama menariknya dengan kompleksnya. Intinya terletak simfoni komponen yang berfungsi serentak untuk menghasilkan cahaya yang koheren dan diperkuat. Blog ini mengkaji selok-belok komponen ini, disokong oleh prinsip dan persamaan saintifik, untuk memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang teknologi laser.
Wawasan Lanjutan tentang Komponen Sistem Laser: Perspektif Teknikal untuk Profesional
| Komponen | Fungsi | Contoh |
| Keuntungan Sederhana | Medium gandaan ialah bahan dalam laser yang digunakan untuk menguatkan cahaya. Ia memudahkan penguatan cahaya melalui proses penyongsangan populasi dan pancaran yang dirangsang. Pemilihan medium gandaan menentukan ciri-ciri sinaran laser. | Laser Keadaan Pepejal: contohnya, Nd:YAG (Garmet Aluminium Yttrium yang didop Neodymium), digunakan dalam aplikasi perubatan dan perindustrian.Laser Gas: contohnya, laser CO2, digunakan untuk memotong dan mengimpal.Laser Semikonduktor:contohnya, diod laser, yang digunakan dalam komunikasi gentian optik dan penunjuk laser. |
| Sumber Pam | Sumber pam membekalkan tenaga kepada medium gandaan untuk mencapai penyongsangan populasi (sumber tenaga untuk penyongsangan populasi), yang membolehkan operasi laser. | Pam OptikMenggunakan sumber cahaya yang kuat seperti lampu suluh untuk mengepam laser keadaan pepejal.Pam Elektrik: Mengujakan gas dalam laser gas melalui arus elektrik.Pam SemikonduktorMenggunakan diod laser untuk mengepam medium laser keadaan pepejal. |
| Rongga Optik | Rongga optik, yang terdiri daripada dua cermin, memantulkan cahaya untuk meningkatkan panjang laluan cahaya dalam medium gandaan, sekali gus meningkatkan penguatan cahaya. Ia menyediakan mekanisme maklum balas untuk penguatan laser, memilih ciri-ciri spektrum dan ruang cahaya. | Rongga Planar-PlanarDigunakan dalam penyelidikan makmal, struktur mudah.Rongga Planar-Conkaf: Biasa dalam laser perindustrian, menghasilkan pancaran berkualiti tinggi. Rongga CincinDigunakan dalam reka bentuk laser cincin tertentu, seperti laser gas cincin. |
Medium Gain: Satu Hubungan Mekanik Kuantum dan Kejuruteraan Optik
Dinamik Kuantum dalam Medium Gain
Medium gandaan adalah tempat proses asas penguatan cahaya berlaku, satu fenomena yang berakar umbi dalam mekanik kuantum. Interaksi antara keadaan tenaga dan zarah dalam medium dikawal oleh prinsip pancaran terangsang dan penyongsangan populasi. Hubungan kritikal antara keamatan cahaya (I), keamatan awal (I0), keratan rentas peralihan (σ21), dan nombor zarah pada dua aras tenaga (N2 dan N1) diterangkan oleh persamaan I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Mencapai penyongsangan populasi, di mana N2 > N1, adalah penting untuk penguatan dan merupakan asas fizik laser[1].
Sistem Tiga Peringkat vs. Empat Peringkat
Dalam reka bentuk laser praktikal, sistem tiga peringkat dan empat peringkat biasanya digunakan. Sistem tiga peringkat, walaupun lebih ringkas, memerlukan lebih banyak tenaga untuk mencapai penyongsangan populasi kerana aras laser yang lebih rendah adalah keadaan dasar. Sebaliknya, sistem empat peringkat menawarkan laluan yang lebih cekap untuk penyongsangan populasi disebabkan oleh pereputan bukan radiasi yang cepat daripada aras tenaga yang lebih tinggi, menjadikannya lebih lazim dalam aplikasi laser moden.2].
Is Kaca yang didop erbiummedium penguatan?
Ya, kaca yang didop erbium sememangnya merupakan sejenis medium gandaan yang digunakan dalam sistem laser. Dalam konteks ini, "doping" merujuk kepada proses penambahan sejumlah ion erbium (Er³⁺) pada kaca. Erbium ialah unsur nadir bumi yang, apabila digabungkan ke dalam hos kaca, boleh menguatkan cahaya secara berkesan melalui pancaran yang dirangsang, satu proses asas dalam operasi laser.
Kaca yang didop erbium amat terkenal kerana penggunaannya dalam laser gentian dan penguat gentian, terutamanya dalam industri telekomunikasi. Ia sangat sesuai untuk aplikasi ini kerana ia menguatkan cahaya dengan cekap pada panjang gelombang sekitar 1550 nm, yang merupakan panjang gelombang utama untuk komunikasi gentian optik kerana kehilangannya yang rendah dalam gentian silika standard.
Yangerbiumion menyerap cahaya pam (selalunya daripadadiod laser) dan teruja kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi. Apabila ia kembali kepada keadaan tenaga yang lebih rendah, ia memancarkan foton pada panjang gelombang pengelas, menyumbang kepada proses laser. Ini menjadikan kaca yang didop erbium sebagai medium gandaan yang berkesan dan digunakan secara meluas dalam pelbagai reka bentuk laser dan penguat.
Blog Berkaitan: Berita - Kaca Terdop Erbium: Sains & Aplikasi
Mekanisme Pam: Daya Penggerak di Sebalik Laser
Pelbagai Pendekatan untuk Mencapai Penyongsangan Populasi
Pemilihan mekanisme pengepaman adalah penting dalam reka bentuk laser, mempengaruhi segala-galanya daripada kecekapan kepada panjang gelombang output. Pengepaman optik, menggunakan sumber cahaya luaran seperti lampu suluh atau laser lain, adalah perkara biasa dalam laser keadaan pepejal dan pewarna. Kaedah nyahcas elektrik biasanya digunakan dalam laser gas, manakala laser semikonduktor sering menggunakan suntikan elektron. Kecekapan mekanisme pengepaman ini, terutamanya dalam laser keadaan pepejal yang dipam diod, telah menjadi tumpuan penting dalam penyelidikan baru-baru ini, menawarkan kecekapan dan kekompakan yang lebih tinggi.3].
Pertimbangan Teknikal dalam Kecekapan Pam
Kecekapan proses pengepaman merupakan aspek kritikal reka bentuk laser, yang memberi kesan kepada prestasi keseluruhan dan kesesuaian aplikasi. Dalam laser keadaan pepejal, pilihan antara lampu suluh dan diod laser sebagai sumber pam boleh menjejaskan kecekapan sistem, beban haba dan kualiti pancaran dengan ketara. Pembangunan diod laser berkuasa tinggi dan berkecekapan tinggi telah merevolusikan sistem laser DPSS, membolehkan reka bentuk yang lebih padat dan cekap.4].
Rongga Optik: Kejuruteraan Pancaran Laser
Reka Bentuk Rongga: Tindakan Pengimbangan Fizik dan Kejuruteraan
Rongga optik, atau resonator, bukan sekadar komponen pasif tetapi juga merupakan peserta aktif dalam membentuk pancaran laser. Reka bentuk rongga, termasuk kelengkungan dan penjajaran cermin, memainkan peranan penting dalam menentukan kestabilan, struktur mod dan output laser. Rongga mesti direka bentuk untuk meningkatkan gandaan optik sambil meminimumkan kerugian, satu cabaran yang menggabungkan kejuruteraan optik dengan optik gelombang.5.
Keadaan Ayunan dan Pemilihan Mod
Agar ayunan laser berlaku, gandaan yang diberikan oleh medium mesti melebihi kerugian dalam rongga. Keadaan ini, ditambah pula dengan keperluan untuk superposisi gelombang koheren, menentukan bahawa hanya mod membujur tertentu yang disokong. Jarak mod dan struktur mod keseluruhan dipengaruhi oleh panjang fizikal rongga dan indeks biasan medium gandaan [6].
Kesimpulan
Reka bentuk dan pengendalian sistem laser merangkumi spektrum fizik dan prinsip kejuruteraan yang luas. Daripada mekanik kuantum yang mengawal medium gandaan hinggalah kejuruteraan rongga optik yang rumit, setiap komponen sistem laser memainkan peranan penting dalam fungsi keseluruhannya. Artikel ini telah memberikan gambaran sekilas tentang dunia teknologi laser yang kompleks, menawarkan pandangan yang bergema dengan pemahaman lanjutan profesor dan jurutera optik dalam bidang ini.
Rujukan
- 1. Siegman, AE (1986). Laser. Buku Sains Universiti.
- 2. Svelto, O. (2010). Prinsip Laser. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Kejuruteraan Laser Keadaan Pepejal. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Laser Keadaan Pepejal Diod Dipam. Dalam Buku Panduan Teknologi dan Aplikasi Laser (Jil. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Fizik Laser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Asas Laser. Cambridge University Press.
Masa siaran: 27 Nov-2023