Prinsip kerja asas laser (penguatan cahaya dengan pelepasan radiasi yang dirangsang) adalah berdasarkan fenomena pelepasan cahaya yang dirangsang. Melalui satu siri reka bentuk dan struktur yang tepat, laser menjana rasuk dengan koheren yang tinggi, monokromatik, dan kecerahan. Laser digunakan secara meluas dalam teknologi moden, termasuk dalam bidang seperti komunikasi, perubatan, pembuatan, pengukuran, dan penyelidikan saintifik. Kecekapan tinggi dan ciri -ciri kawalan yang tepat menjadikan mereka komponen teras banyak teknologi. Berikut adalah penjelasan terperinci tentang prinsip -prinsip kerja laser dan mekanisme pelbagai jenis laser.
1. Pelepasan yang dirangsang
Pelepasan yang dirangsangadalah prinsip asas di sebalik generasi laser, yang pertama kali dicadangkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menerangkan bagaimana foton yang lebih koheren dihasilkan melalui interaksi antara bahan cahaya dan teruja. Untuk lebih memahami pelepasan yang dirangsang, mari kita mulakan dengan pelepasan spontan:
Pelepasan spontan: Dalam atom, molekul, atau zarah mikroskopik lain, elektron boleh menyerap tenaga luaran (seperti tenaga elektrik atau optik) dan peralihan ke tahap tenaga yang lebih tinggi, yang dikenali sebagai keadaan teruja. Walau bagaimanapun, elektron yang teruja tidak stabil dan akhirnya akan kembali ke tahap tenaga yang lebih rendah, yang dikenali sebagai keadaan tanah, selepas tempoh yang singkat. Semasa proses ini, elektron mengeluarkan foton, yang merupakan pelepasan spontan. Foton sedemikian adalah rawak dari segi kekerapan, fasa, dan arah, dan dengan itu kekurangan koheren.
Pelepasan yang dirangsang: Kunci untuk pelepasan yang dirangsang ialah apabila elektron keadaan teruja menemui foton dengan tenaga yang memadankan tenaga peralihannya, foton boleh mendorong elektron untuk kembali ke keadaan tanah sambil melepaskan foton baru. Foton baru adalah sama dengan yang asal dari segi kekerapan, fasa, dan arah penyebaran, mengakibatkan cahaya yang koheren. Fenomena ini secara signifikan menguatkan bilangan dan tenaga foton dan merupakan mekanisme teras laser.
Kesan maklum balas positif pelepasan yang dirangsang: Dalam reka bentuk laser, proses pelepasan yang dirangsang diulang beberapa kali, dan kesan maklum balas positif ini secara eksponen dapat meningkatkan bilangan foton. Dengan bantuan rongga resonan, koheren foton dikekalkan, dan intensiti rasuk cahaya terus meningkat.
2. Dapatkan medium
TheDapatkan mediumadalah bahan teras dalam laser yang menentukan penguatan foton dan output laser. Ia adalah asas fizikal untuk pelepasan yang dirangsang, dan sifatnya menentukan kekerapan, panjang gelombang, dan kuasa output laser. Jenis dan ciri -ciri medium keuntungan secara langsung mempengaruhi aplikasi dan prestasi laser.
Mekanisme pengujaan: Elektron dalam medium keuntungan perlu teruja dengan tahap tenaga yang lebih tinggi oleh sumber tenaga luaran. Proses ini biasanya dicapai oleh sistem bekalan tenaga luaran. Mekanisme pengujaan biasa termasuk:
Mengepam elektrik: Menarik elektron dalam medium keuntungan dengan menggunakan arus elektrik.
Mengepam optik: Menarik medium dengan sumber cahaya (seperti lampu kilat atau laser lain).
Sistem Tahap Tenaga: Elektron dalam medium keuntungan biasanya diedarkan dalam tahap tenaga tertentu. Yang paling biasa adalahSistem dua peringkatdanSistem empat peringkat. Dalam sistem dua peringkat yang mudah, peralihan elektron dari keadaan tanah ke keadaan teruja dan kemudian kembali ke keadaan tanah melalui pelepasan yang dirangsang. Dalam sistem empat peringkat, elektron menjalani peralihan yang lebih kompleks antara tahap tenaga yang berbeza, sering menyebabkan kecekapan yang lebih tinggi.
Jenis Media Keuntungan:
Gas memperoleh medium: Sebagai contoh, laser Helium-Neon (He-ne). Media keuntungan gas dikenali untuk output stabil dan panjang gelombang tetap, dan digunakan secara meluas sebagai sumber cahaya standard di makmal.
Cecair keuntungan medium: Sebagai contoh, laser pewarna. Molekul pewarna mempunyai sifat pengujaan yang baik di seluruh panjang gelombang yang berbeza, menjadikannya ideal untuk laser yang boleh disesuaikan.
Medium keuntungan pepejal: Sebagai contoh, nd (neodymium-doped yttrium aluminium garnet) laser. Laser ini sangat cekap dan berkuasa, dan digunakan secara meluas dalam pemotongan industri, kimpalan, dan aplikasi perubatan.
Semikonduktor keuntungan medium: Sebagai contoh, bahan Gallium Arsenide (GaAs) digunakan secara meluas dalam peranti komunikasi dan optoelektronik seperti diod laser.
3. Rongga resonator
Therongga resonatoradalah komponen struktur dalam laser yang digunakan untuk maklum balas dan penguatan. Fungsi terasnya adalah untuk meningkatkan bilangan foton yang dihasilkan melalui pelepasan yang dirangsang dengan mencerminkan dan menguatkannya di dalam rongga, sehingga menghasilkan output laser yang kuat dan fokus.
Struktur rongga resonator: Ia biasanya terdiri daripada dua cermin selari. Satu adalah cermin reflektif sepenuhnya, yang dikenali sebagaicermin belakang, dan yang lain adalah cermin reflektif sebahagian, yang dikenali sebagaicermin output. Foton mencerminkan bolak -balik dalam rongga dan dikuatkan melalui interaksi dengan medium keuntungan.
Keadaan resonans: Reka bentuk rongga resonator mesti memenuhi syarat -syarat tertentu, seperti memastikan bahawa foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Ini memerlukan panjang rongga untuk menjadi pelbagai panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi syarat -syarat ini dapat dikuatkan dengan berkesan di dalam rongga.
Output Beam: Cermin reflektif sebahagiannya membolehkan sebahagian daripada rasuk cahaya yang diperkuatkan untuk dilalui, membentuk rasuk output laser. Rasuk ini mempunyai arah, koheren, dan monokromatik yang tinggi.
Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut atau berminat dengan laser, sila hubungi kami:
Lumispot
Alamat: Bangunan 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Laman web: www.lumispot-tech.com
Masa Post: Sep-18-2024