Odborné znalosti

Princip složení a aplikace laseru

2021-08-04
Laser je zařízení, které může emitovat laser. Podle pracovního média lze lasery rozdělit do čtyř kategorií: plynové lasery, pevné lasery, polovodičové lasery a barvicí lasery. V poslední době byly vyvinuty lasery s volnými elektrony. Vysoce výkonné lasery jsou obvykle pulzní. Výstup.

Princip práce laseru:
Kromě volných elektronových laserů jsou základní pracovní principy různých laserů stejné. Nepostradatelnými podmínkami pro generování laseru jsou inverze populace a zisk větší než ztráta, takže nepostradatelnými součástmi zařízení jsou zdroj buzení (nebo čerpání) a pracovní médium s metastabilní úrovní energie. Excitace znamená, že pracovní médium je po absorpci vnější energie vzrušeno do vzrušeného stavu, což vytváří podmínky pro realizaci a udržení inverze populace. Mezi excitační metody patří optické buzení, elektrické buzení, chemické buzení a buzení jaderné energie.
Metastabilní energetická hladina pracovního média umožňuje dominanci stimulovaného záření, čímž dochází k optickému zesílení. Mezi běžné součásti laserů patří rezonanční dutina, ale rezonanční dutina (viz optická rezonanční dutina) není nepostradatelnou součástí. Rezonanční dutina může způsobit, že fotony v dutině mají stejnou frekvenci, fázi a směr běhu, takže laser má dobrou směrovost a soudržnost. Kromě toho může dobře zkrátit délku pracovního materiálu a může také upravit režim generovaného laseru změnou délky rezonanční dutiny (tj. Výběr režimu), takže obecně mají lasery rezonanční dutiny.

Laser se obvykle skládá ze tří částí:
1. Pracovní látka: V jádru laseru lze jako pracovní látku laseru použít pouze látku, která může dosáhnout přechodu energetické hladiny.
2. Podpora energie: její funkcí je dodávat energii pracovní hmotě a vzrušovat atomy z nízkoenergetické úrovně na vysokou energetickou úroveň vnější energie. Obvykle to může být světelná energie, tepelná energie, elektrická energie, chemická energie atd.
3. Optická rezonanční dutina: První funkcí je nepřetržité pokračování stimulovaného záření pracovní látky; druhým je kontinuální zrychlování fotonů; třetí je omezit směr laserového výstupu. Nejjednodušší optická rezonanční dutina se skládá ze dvou rovnoběžných zrcadel umístěných na obou koncích helium-neonového laseru. Když některé neonové atomy přecházejí mezi dvěma energetickými hladinami, které dosáhly populační inverze, a vyzařují fotony rovnoběžně se směrem laseru, tyto fotony se budou odrážet tam a zpět mezi oběma zrcadly, což nepřetržitě způsobí stimulované záření. Velmi silné laserové světlo se vytváří velmi rychle.

Kvalita světla vyzařovaného laserem je čistá a spektrum je stabilní, což lze použít mnoha způsoby:
Ruby laser: Původní laser byl, že rubín byl vzrušován jasně blikající žárovkou a produkovaný laser byl spíše „pulzní laser“ než souvislý a stabilní paprsek. Kvalita rychlosti světla produkovaného tímto laserem se zásadně liší od laseru produkovaného laserovou diodou, kterou nyní používáme. Tato intenzivní světelná emise, která trvá jen několik nanosekund, je velmi vhodná pro zachycení snadno se pohybujících objektů, jako jsou holografické portréty lidí. První laserový portrét se narodil v roce 1967. Rubínové lasery vyžadují drahé rubíny a mohou produkovat pouze krátké pulsy světla.

He-Ne laser: V roce 1960 navrhli vědci Ali Javan, William R. Brennet Jr. a Donald Herriot laser He-Ne. Toto je první plynový laser. Tento typ laseru běžně používají holografičtí fotografové. Dvě výhody: 1. Vytvářejte nepřetržitý laserový výstup; 2. Pro světelné buzení nepotřebujete zábleskovou žárovku, ale použijte elektrický budicí plyn.

Laserová dioda: Laserová dioda je jedním z nejčastěji používaných laserů. Fenomén spontánní rekombinace elektronů a děr na obou stranách PN přechodu diody k vyzařování světla se nazývá spontánní emise. Když foton generovaný spontánním zářením projde polovodičem, jakmile projde blízkostí emitovaného páru elektronů a děr, může dva nabudit k rekombinaci a produkci nových fotonů. Tento foton indukuje excitované nosiče, aby rekombinovaly a emitovaly nové fotony. Tento jev se nazývá stimulovaná emise.

Pokud je vstřikovaný proud dostatečně velký, vytvoří se rozdělení nosiče opačné ke stavu tepelné rovnováhy, tj. Inverze populace. Když jsou nosiče v aktivní vrstvě ve velkém počtu inverzí, malé množství spontánního záření produkuje indukované záření v důsledku vratného odrazu obou konců rezonanční dutiny, což má za následek frekvenčně selektivní rezonanční pozitivní zpětnou vazbu nebo získání určitou frekvenci. Když je zisk větší než ztráta absorpce, může být z přechodu PN vyzařováno koherentní světlo s dobrými spektrálními čarami-laserové světlo. Vynález laserové diody umožňuje rychlou popularizaci laserových aplikací. Různé typy skenování informací, komunikace optickými vlákny, laserové dosahování, lidar, laserové disky, laserová ukazovátka, sbírky supermarketů atd. Se neustále vyvíjejí a propagují.