Prinsip kerja asas laser (Penguatan Cahaya melalui Pancaran Sinaran yang Dirangsang) adalah berdasarkan fenomena pancaran cahaya yang dirangsang. Melalui satu siri reka bentuk dan struktur yang tepat, laser menghasilkan pancaran dengan koheren, monokromatik dan kecerahan yang tinggi. 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 menjadikannya komponen teras bagi banyak teknologi. Berikut ialah penjelasan terperinci tentang prinsip kerja laser dan mekanisme pelbagai jenis laser.
1. Pelepasan Terrangsang
Pelepasan yang dirangsangmerupakan prinsip asas di sebalik penjanaan laser, yang pertama kali dicadangkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menerangkan bagaimana foton yang lebih koheren dihasilkan melalui interaksi antara cahaya dan jirim keadaan teruja. Untuk lebih memahami pancaran terangsang, mari kita mulakan dengan pancaran spontan:
Pelepasan SpontanDalam 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, yang dikenali sebagai keadaan dasar, selepas tempoh yang singkat. Semasa proses ini, elektron melepaskan foton, yang merupakan pancaran spontan. Foton sedemikian adalah rawak dari segi frekuensi, fasa dan arah, dan oleh itu kekurangan koheren.
Pelepasan TerrangsangKunci kepada pancaran terangsang ialah apabila elektron keadaan teruja bertemu dengan foton dengan tenaga yang sepadan dengan tenaga peralihannya, foton tersebut boleh mendorong elektron untuk kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan foton baharu. Foton baharu adalah sama dengan foton asal dari segi frekuensi, fasa dan arah perambatan, menghasilkan cahaya koheren. Fenomena ini menguatkan bilangan dan tenaga foton dengan ketara dan merupakan mekanisme teras laser.
Kesan Maklum Balas Positif Pelepasan TerrangsangDalam reka bentuk laser, proses pancaran yang dirangsang diulang beberapa kali, dan kesan maklum balas positif ini dapat meningkatkan bilangan foton secara eksponen. Dengan bantuan rongga resonan, koheren foton dikekalkan, dan keamatan pancaran cahaya terus meningkat.
2. Keuntungan Sederhana
Yangmedium keuntunganmerupakan bahan teras dalam laser yang menentukan penguatan foton dan output laser. Ia merupakan asas fizikal untuk pancaran yang dirangsang, dan sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang dan kuasa output laser. Jenis dan ciri-ciri medium gandaan secara langsung mempengaruhi aplikasi dan prestasi laser.
Mekanisme PengujaanElektron dalam medium gandaan perlu diujakan ke aras tenaga yang lebih tinggi oleh sumber tenaga luaran. Proses ini biasanya dicapai oleh sistem bekalan tenaga luaran. Mekanisme pengujaan biasa termasuk:
Pam Elektrik: Mengujakan elektron dalam medium gandaan dengan mengenakan arus elektrik.
Pam Optik: Mengujakan medium dengan sumber cahaya (seperti lampu kilat atau laser lain).
Sistem Aras TenagaElektron dalam medium gandaan biasanya diagihkan dalam aras tenaga tertentu. Yang paling biasa ialahsistem dua peringkatdansistem empat peringkatDalam sistem dua peringkat yang mudah, elektron beralih daripada keadaan dasar kepada keadaan teruja dan kemudian kembali ke keadaan dasar melalui pancaran terangsang. Dalam sistem empat peringkat, elektron mengalami peralihan yang lebih kompleks antara tahap tenaga yang berbeza, yang selalunya menghasilkan kecekapan yang lebih tinggi.
Jenis-jenis Media Gain:
Medium Penguatan GasContohnya, laser helium-neon (He-Ne). Media penguatan gas dikenali kerana keluaran yang stabil dan panjang gelombang yang tetap, dan digunakan secara meluas sebagai sumber cahaya standard di makmal.
Medium Keuntungan CecairContohnya, laser pewarna. Molekul pewarna mempunyai sifat pengujaan yang baik merentasi panjang gelombang yang berbeza, menjadikannya sesuai untuk laser boleh tala.
Sederhana Keuntungan PepejalContohnya, laser Nd (neodymium-dyttrium aluminium garnet). Laser ini sangat cekap dan berkuasa, serta digunakan secara meluas dalam pemotongan industri, kimpalan dan aplikasi perubatan.
Medium Gandaan SemikonduktorContohnya, bahan galium arsenida (GaAs) digunakan secara meluas dalam peranti komunikasi dan optoelektronik seperti diod laser.
3. Rongga Resonator
Yangrongga resonatormerupakan komponen struktur dalam laser yang digunakan untuk maklum balas dan amplifikasi. Fungsi utamanya adalah untuk meningkatkan bilangan foton yang dihasilkan melalui pancaran yang dirangsang dengan memantulkan dan menguatkannya di dalam rongga, sekali gus menghasilkan output laser yang kuat dan tertumpu.
Struktur Rongga ResonatorIa biasanya terdiri daripada dua cermin selari. Salah satunya ialah cermin pantulan sepenuhnya, yang dikenali sebagaicermin belakang, dan yang satu lagi ialah cermin separa pantul, yang dikenali sebagaicermin keluaranFoton memantul ke belakang di dalam rongga dan dikuatkan melalui interaksi dengan medium gandaan.
Keadaan ResonansReka bentuk rongga resonator mesti memenuhi syarat-syarat tertentu, seperti memastikan foton membentuk gelombang pegun di dalam rongga. Ini memerlukan panjang rongga menjadi gandaan panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi syarat-syarat ini boleh dikuatkan secara berkesan di dalam rongga.
Rasuk OutputCermin separa pantulan membenarkan sebahagian daripada pancaran cahaya yang diperkuat melaluinya, membentuk pancaran output laser. Pancaran ini mempunyai arah, koheren dan monokromatik yang tinggi..
Jika anda ingin mengetahui lebih lanjut atau berminat dengan laser, sila hubungi kami:
Lumispot
Alamat: Bangunan 4 #, No.99 Jalan ke-3 Furong, Daerah Xishan Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Telefon Bimbit: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Laman web: www.lumispot-tech.com
Masa siaran: 18-Sep-2024