Підпишіться на наші соціальні медіа для оперативної публікації
Лазери, наріжний камінь сучасних технологій, настільки ж захоплюючі, як і складні. В їх серці лежить симфонія компонентів, що працюють в унісон, для отримання цілісного, посиленого світла. Цей блог заглиблюється в тонкощі цих компонентів, що підтримуються науковими принципами та рівняннями, щоб забезпечити глибше розуміння лазерної технології.
Розширені уявлення про компоненти лазерної системи: технічна перспектива для професіоналів
| Компонент | Функціонування | Приклади |
| Отримати середній | Суспільне середовище - це матеріал у лазері, що використовується для посилення світла. Це полегшує посилення світла через процес інверсії населення та стимулювало випромінювання. Вибір посилення середовища визначає радіаційні характеристики лазера. | Твердотільні лазери: Наприклад, ND: YAG (алюмінієвий гранат, що лежить в неодимії), використовується в медичних та промислових програмах.Газові лазери: Наприклад, CO2 лазери, що використовуються для різання та зварювання.Напівпровідникові лазери:Наприклад, лазерні діоди, що використовуються в спілкуванні волоконно -оптики та лазерних покажчиках. |
| Накачання джерела | Джерело насосів забезпечує енергію для збільшення середовища для досягнення інверсії населення (джерело енергії для інверсії населення), що забезпечує лазерну роботу. | Оптична накачування: Використання інтенсивних джерел світла, таких як Flashlamps для перекачування твердотільних лазерів.Електрична накачування: Захоплюючи газ у газових лазерах через електричний струм.Напівпровідникове накачування: Використання лазерних діодів для накачування твердотільного лазерного середовища. |
| Оптична порожнина | Оптична порожнина, що складається з двох дзеркал, відбиває світло, щоб збільшити довжину шляху світла в середовищі посилення, тим самим посилюючи посилення світла. Він забезпечує механізм зворотного зв'язку для лазерного посилення, вибираючи спектральні та просторові характеристики світла. | Плоско-плоска порожнина: Використовується в лабораторних дослідженнях, простої структури.Планар-конвайка порожнина: Поширений у промислових лазерах, забезпечує високоякісні промені. Кільцева порожнина: Використовується в конкретних конструкціях кільцевих лазерів, таких як кільцеві газові лазери. |
Середовище посилення: зв'язок з квантової механіки та оптичної інженерії
Квантова динаміка в середовищі посилення
Середовище посилення - це те, де відбувається фундаментальний процес посилення світла, явище, глибоко вкорінене в квантовій механіці. Взаємодія між енергетичними станами та частинками всередині середовища регулюється принципами стимульованої викиду та інверсії населення. Критична залежність між інтенсивністю світла (I), початковою інтенсивністю (I0), перехідним перерізом (σ21) та числами частинок на двох рівнях енергії (N2 і N1) описується рівнянням I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). Досягнення інверсії населення, де N2> N1, є важливим для ампліфікації і є наріжним каменем лазерної фізики [1].
Трирівневі та чотирирівневі системи
У практичних лазерних конструкціях зазвичай використовуються трирівневі та чотирирівневі системи. Трирівневі системи, хоча і простіші, потребують більшої енергії для досягнення інверсії населення, оскільки нижчий рівень лазера є основним станом. Чотирирівневі системи, з іншого боку, пропонують більш ефективний шлях до інверсії населення через швидкий нерадіативний розпад від більш високого рівня енергії, що робить їх більш поширеними в сучасних лазерних програмах [2].
Is Скло, що лежить на ербіюСередній прибуток?
Так, скло, що лежить на ербію, справді є типом посилення середовища, що використовується в лазерних системах. У цьому контексті "допінг" відноситься до процесу додавання певної кількості іонів ербію (er³⁺) до скла. Ербій - це рідкісний земляний елемент, який при включенні в скляний господар може ефективно посилити світло за допомогою стимульованого випромінювання, фундаментального процесу в лазерній роботі.
Скло, що лежить на ERBIUM, особливо помітна за його використанням у волоконних лазерах та волоконних підсилювачах, особливо в галузі телекомунікацій. Він добре підходить для цих застосувань, оскільки він ефективно посилює світло на довжинах хвиль близько 1550 нм, що є ключовою довжиною хвилі для оптичних волоконних комунікацій через низьку втрату стандартних волокон кремнезему.
Зербійіони поглинають насосне світло (часто злазерний діод) і збуджуються до вищих енергетичних станів. Коли вони повертаються до нижчого енергетичного стану, вони випромінюють фотони на довжині хвилі, що лазує, сприяючи лазерному процесу. Це робить скло, що лежить в Erbium, ефективним і широко використовуваним середовищем посилення в різних конструкціях лазерного та підсилювача.
Пов’язані блоги: Новини - Скло, що лежить на ербію: Science & Applications
Механізми накачки: рушійна сила лазерів
Різноманітні підходи до досягнення інверсії населення
Вибір механізму насосів є ключовим у лазерній конструкції, що впливає на все - від ефективності до вихідної довжини хвилі. Оптичне накачування, використовуючи зовнішні джерела світла, такі як флеш-лампи або інші лазери, поширені в твердотільних та барвних лазерах. Методи електричного розряду, як правило, використовуються в газових лазерах, тоді як напівпровідникові лазери часто використовують ін'єкцію електронів. Ефективність цих механізмів насосів, особливо у твердотільних лазерах, що наситують діодами, була значною увагою до останніх досліджень, що пропонує більш високу ефективність та компактність [3].
Технічні міркування щодо ефективності накачування
Ефективність процесу насосів є критичним аспектом лазерної конструкції, що впливає на загальну продуктивність та придатність до застосування. У твердотільних лазерах вибір між флешмами та лазерними діодами як джерелом насоса може суттєво вплинути на ефективність, теплове навантаження та якість променя. Розробка високопотужних, високоефективних лазерних діодів революціонізувала лазерні системи DPSS, що забезпечує більш компактні та ефективні конструкції [4].
Оптична порожнина: інженерія лазерного променя
Дизайн порожнини: балансуючий акт фізики та інженерії
Оптична порожнина або резонатор - це не просто пасивна компонент, а активний учасник формування лазерного променя. Конструкція порожнини, включаючи кривизну та вирівнювання дзеркал, відіграє вирішальну роль у визначенні стабільності, структури режиму та виходу лазера. Порожнина повинна бути розроблена для посилення оптичного посилення, мінімізуючи втрати, виклик, що поєднує в собі оптичну інженерію з хвильовою оптикою5.
Умови коливань та вибір режиму
Щоб відбулося лазерне коливання, посилення, що надається середовищем, повинен перевищувати втрати в порожнині. Ця умова в поєднанні з вимогою до когерентної суперпозиції хвилі диктує, що підтримуються лише певні поздовжні режими. Відстань між режимом та на загальну структуру режиму впливають на фізичну довжину порожнини та показник заломлення накопичувача [6].
Висновок
Конструкція та експлуатація лазерних систем охоплюють широкий спектр фізики та інженерних принципів. Від квантової механіки, що регулюють посилення середовища до складної інженерії оптичної порожнини, кожен компонент лазерної системи відіграє життєво важливу роль у загальній функціональності. Ця стаття дала погляд на складний світ лазерних технологій, пропонуючи розуміння, що резонують з передовим розумінням професорів та оптичних інженерів у цій галузі.
Посилання
- 1. Зігман, AE (1986). Лазери. Університетські наукові книги.
- 2. Svelto, O. (2010). Принципи лазерів. Спрингер.
- 3. Koechner, W. (2006). Твердотільна лазерна інженерія. Спрингер.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Діод, накачані твердотільними лазерами. У Довіднику лазерних технологій та застосувань (т. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Лазерна фізика. Вілі.
- 6. Silfvast, WT (2004). Лазерні основи. Кембриджський університетський прес.
Час посади: 27-2023 листопада