Jaký je princip a fungování laserů?

JakLaseryPráce

S výjimkou laserů s volnými elektrony je základní princip činnosti všech druhů laserů stejný. Základními podmínkami pro generování laseru jsou inverze počtu částic a zisk větší než ztráta, takže mezi podstatné součásti zařízení patří budicí (nebo čerpací) zdroj a pracovní médium s metastabilní úrovní energie. Excitace je vybuzení pracovního prostředí do excitovaného stavu po pohlcení vnější energie, čímž se vytvoří podmínky pro realizaci a udržení inverze populace částic. Mezi excitační metody patří optické buzení, elektrické buzení, chemické buzení a buzení jadernou energií.

Metastabilní hladina energie pracovního média činí stimulované záření dominantním, čímž dochází k zesílení světla. Společnou součástí laseru je rezonátor, ale rezonátor (viz optický rezonátor) není podstatnou součástí. Rezonátor může zajistit, aby fotony v dutině měly konzistentní frekvenci, fázi a směr chodu, takže laser má dobrou směrovost a koherenci. Navíc může velmi dobře zkrátit délku pracovní látky a také může upravit režim generovaného laserového světla změnou délky rezonanční dutiny (tedy volbou režimu), takže obecně lasery mají rezonanční dutinu.

Lasery A se obecně skládají ze tří částí:

1. Pracovní látka:V jádru laseru lze jako pracovní látku laseru použít pouze látku, která může dosáhnout přechodu energetické hladiny.

2. Povzbuzení energie:Jeho funkcí je dodávat energii pracovní látce a excitovat atomy z nízké energetické úrovně na vysokou energetickou úroveň vnější energie. Obvykle to může být světelná energie, tepelná energie, elektrická energie, chemická energie a tak dále.

3. Optická rezonanční dutina:První funkcí je, aby stimulované záření pracovní látky pokračovalo; druhým je neustálé urychlování fotonů; třetí je omezit směr výstupu laseru. Nejjednodušší optický rezonátor se skládá ze dvou paralelních zrcadel umístěných na obou koncích HeNe laseru. Když některé neonové atomy přecházejí mezi dvěma energetickými hladinami, které dosáhly inverze počtu částic, a vyzařují fotony paralelně se směrem laseru, budou se tyto fotony odrážet tam a zpět mezi dvěma zrcadly, a tak nepřetržitě způsobovat stimulované záření, velmi rychle a vyrábí se poměrně výkonný laser.

Čisté a spektrálně stabilní světlo vyzařované lasery lze využít mnoha způsoby

Rubínový laser:Původní laser byl rubín, který byl vybuzen jasně blikající žárovkou a vytvořený laser byl "pulzní laser" spíše než kontinuální stálý paprsek. Kvalita rychlosti světla produkovaného tímto laserem je zásadně odlišná od laseru produkovaného laserovými diodami, které dnes používáme. Tato intenzivní emise světla, která trvá jen několik nanosekund, je ideální pro zachycení snadno se pohybujících objektů, jako jsou holografické portréty lidí. První laserový portrét se zrodil v roce 1967. Rubínové lasery vyžadují drahé rubíny a produkují pouze krátké pulsy světla.

He-Ne laser:V roce 1960 vědci Ali Javan, William R.Brennet Jr. a Donald Herriot navrhli He-Ne laser. Byl to první plynový laser, typ zařízení běžně používaného holografickými fotografy. Dvě výhody: 1. Je generován nepřetržitý laserový výstup; 2. K buzení světla není potřeba žádná blesková žárovka a plyn je buzen elektřinou.

Laserová dioda:Laserová dioda je v současnosti jedním z nejpoužívanějších laserů. Jev spontánní rekombinace elektronů a děr na obou stranách PN přechodu diody za účelem vyzařování světla se nazývá spontánní emise. Když fotony generované spontánní emisí projdou polovodičem, jakmile projdou poblíž emitovaných párů elektron-díra, mohou být stimulovány k rekombinaci za vzniku nových fotonů, které indukují rekombinaci excitovaných nosičů za účelem emitování nových fotonů Jev se nazývá stimulovaný emise.

Pokud je vstřikovaný proud dostatečně velký, vytvoří se distribuce nosičů opačná k tepelnému rovnovážnému stavu, to znamená, že populace částic je obrácená. Když se obrátí velký počet nosičů v aktivní vrstvě, malé množství fotonů generovaných spontánním zářením bude generovat indukované záření v důsledku recipročního odrazu na obou koncích rezonátoru, což má za následek pozitivní zpětnou vazbu frekvenčně selektivní rezonance, resp. zisk pro určitou frekvenci. Když je zisk větší než ztráta absorpcí, může být z PN přechodu – laseru emitováno koherentní světlo s dobrými spektrálními čarami. Vynález laserových diod učinil laserové aplikace rychle populární a různé aplikace, jako je skenování informací, komunikace s optickými vlákny, laserový rozsah, laserový radar, laserové disky, laserová ukazovátka, výběr plateb v supermarketech atd., se neustále vyvíjejí a popularizují.

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte se na nás obrátit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl poskytovat našim zákazníkům vysokou kvalitu, nízké ceny a nejlepší služby.