Prinsip kerja asas laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah berdasarkan fenomena pancaran cahaya yang dirangsang. Melalui satu siri reka bentuk dan struktur yang tepat, laser menghasilkan pancaran dengan kepaduan 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 kawalan yang tepat menjadikan mereka komponen teras banyak teknologi. Di bawah ialah penjelasan terperinci tentang prinsip kerja laser dan mekanisme pelbagai jenis laser.
1. Pelepasan Terrangsang
Pelepasan yang dirangsangadalah prinsip asas di sebalik penjanaan laser, pertama kali dicadangkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menerangkan bagaimana foton yang lebih koheren dihasilkan melalui interaksi antara jirim keadaan terang dan teruja. Untuk lebih memahami pelepasan rangsangan, 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 beralih ke tahap tenaga yang lebih tinggi, yang dikenali sebagai keadaan teruja. Walau bagaimanapun, elektron keadaan teruja tidak stabil dan akhirnya akan kembali ke tahap tenaga yang lebih rendah, dikenali sebagai keadaan dasar, selepas tempoh yang singkat. Semasa proses ini, elektron melepaskan foton, yang merupakan pelepasan spontan. Foton sedemikian adalah rawak dari segi kekerapan, fasa, dan arah, dan dengan itu tidak mempunyai koheren.
Pelepasan Terrangsang: Kunci kepada pelepasan yang dirangsang ialah apabila elektron keadaan teruja bertemu dengan foton dengan tenaga yang sepadan dengan tenaga peralihannya, foton boleh menggesa elektron kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan foton baharu. Foton baru adalah sama dengan yang asal dari segi kekerapan, fasa, dan arah perambatan, menghasilkan cahaya yang koheren. Fenomena ini dengan ketara menguatkan bilangan dan tenaga foton dan merupakan mekanisme teras laser.
Kesan Maklum Balas Positif Pembebasan Terrangsang: Dalam reka bentuk laser, proses pelepasan yang dirangsang diulang beberapa kali, dan kesan maklum balas positif ini boleh meningkatkan bilangan foton secara eksponen. Dengan bantuan rongga resonans, koheren foton dikekalkan, dan keamatan pancaran cahaya terus meningkat.
2. Dapatkan Sederhana
Thememperoleh mediumadalah bahan teras dalam laser yang menentukan penguatan foton dan output laser. Ia adalah asas fizikal untuk pelepasan yang dirangsang, dan sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang, dan kuasa keluaran laser. Jenis dan ciri-ciri medium keuntungan secara langsung mempengaruhi aplikasi dan prestasi laser.
Mekanisme Pengujaan: Elektron dalam medium perolehan perlu diuja ke tahap tenaga yang lebih tinggi oleh sumber tenaga luaran. Proses ini biasanya dicapai oleh sistem bekalan tenaga luaran. Mekanisme pengujaan biasa termasuk:
Pengepam Elektrik: Mengujakan elektron dalam medium perolehan dengan menggunakan arus elektrik.
Pengepam Optik: Mengujakan medium dengan sumber cahaya (seperti lampu kilat atau laser lain).
Sistem Tahap Tenaga: Elektron dalam medium perolehan biasanya diedarkan dalam tahap tenaga tertentu. Yang paling biasa ialahsistem dua peringkatdansistem empat peringkat. Dalam sistem dua peringkat mudah, elektron beralih dari keadaan dasar ke keadaan teruja dan kemudian kembali ke keadaan dasar melalui pelepasan yang dirangsang. Dalam sistem empat peringkat, elektron menjalani peralihan yang lebih kompleks antara tahap tenaga yang berbeza, selalunya menghasilkan kecekapan yang lebih tinggi.
Jenis Media Keuntungan:
Sederhana Keuntungan Gas: Contohnya, laser helium-neon (He-Ne). Media perolehan gas terkenal dengan output yang stabil dan panjang gelombang tetap, dan digunakan secara meluas sebagai sumber cahaya standard di makmal.
Sederhana Keuntungan Cecair: Contohnya, laser pewarna. Molekul pewarna mempunyai sifat pengujaan yang baik merentasi panjang gelombang yang berbeza, menjadikannya sesuai untuk laser boleh melaras.
Sederhana 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.
Sederhana Keuntungan Semikonduktor: Sebagai contoh, bahan galium arsenide (GaAs) digunakan secara meluas dalam komunikasi dan peranti optoelektronik seperti diod laser.
3. Rongga Resonator
Therongga resonatorialah 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 memantulkan dan menguatkannya di dalam rongga, sekali gus menghasilkan output laser yang kuat dan fokus.
Struktur Rongga Resonator: Ia biasanya terdiri daripada dua cermin selari. Satu ialah cermin pemantul sepenuhnya, yang dikenali sebagaicermin belakang, dan yang satu lagi ialah cermin separa pemantul, dikenali sebagaicermin keluaran. Foton memantul ke belakang dan ke belakang dalam rongga dan dikuatkan melalui interaksi dengan medium perolehan.
Keadaan Resonans: Reka bentuk rongga resonator mesti memenuhi syarat tertentu, seperti memastikan foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Ini memerlukan panjang rongga menjadi gandaan panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi syarat ini boleh dikuatkan dengan berkesan di dalam rongga.
Pancaran Keluaran: Cermin separa pemantul membenarkan sebahagian daripada pancaran cahaya yang dikuatkan melaluinya, membentuk pancaran keluaran laser. Rasuk ini mempunyai arah yang tinggi, koheren dan monokromatik.
Jika 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.
Mudah Alih: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
laman web: www.lumispot-tech.com
Masa siaran: Sep-18-2024