Načelo in uporaba laserja
Kako deluje laser
Laser je naprava, ki oddaja lasersko svetlobo. Glede na delovni medij lahko laser razdelimo v štiri kategorije: plinski laser, trdni laser, polprevodniški laser in barvni laser. V zadnjem času so razvili laserje s prostimi elektroni. Zmogljivi laserji so običajno impulzni.
Razen laserjev s prostimi elektroni so osnovni principi delovanja različnih laserjev enaki. Nepogrešljiv pogoj za generiranje laserske svetlobe je, da sta inverzija in dobiček populacije večja od izgube, zato so nepogrešljivi sestavni deli naprave vzbujevalni (ali črpalni) vir in delovni medij z metastabilno energijsko stopnjo. Vzbujanje je vzbujanje delovnega medija za vzbujanje vzbujenega stanja, ki ustvarja pogoje za doseganje in vzdrževanje inverzije populacije. Spodbujevalne metode vključujejo optično vzbujanje, električno vzbujanje, kemično vzbujanje in vzbujanje jedrske energije.
Metastabilna raven energije delovnega medija je taka, da stimulirano sevanje prevladuje in s tem dosežemo optično ojačanje. Pogosta komponenta laserja je resonančna votlina, vendar resonančna votlina (glej optična votlina) ni nepogrešljiva komponenta. Resonančna votlina omogoča, da imajo fotoni v votlini konstantno frekvenco, fazo in smer vožnje, s čimer omogoča laserju dobro smer in skladnost. Poleg tega lahko dobro skrajša dolžino delovne snovi in lahko prilagodi tudi način ustvarjenega laserja s spreminjanjem dolžine votline (tj. Izbira načina), zato ima laser na splošno resonančno votlino.
Tri komponente laserja
Najprej delovna snov
V jedru laserja se lahko kot delujoče snovi za laser uporabljajo samo snovi, ki lahko dosežejo prehode na nivoju energije.
Sdrugič, spodbujevalna energija
Njegova vloga je energijo delovne snovi, atom se vzbudi od nizke energije do zunanje energije visoke ravni energije. Običajno obstajajo svetlobna energija, toplotna energija, električna energija, kemična energija itd.
Tretjič, vloga optične votline:
Najprej se neprekinjeno izvaja stimulirano sevanje delovne snovi;
Drugi je nenehno pospeševanje fotona;
Tretji je omejitev smeri laserskega izhoda.
Najpreprostejša optična votlina je sestavljena iz dveh medsebojno vzporednih ogledal, nameščenih na koncih HeNe laserja. Ko nekateri atomi devterija prehajajo med dve energijski ravni, ki dosežeta inverzijo delcev in oddajajo fotone vzporedno smeri laserja, se bodo ti fotoni odsevali naprej in nazaj med obema zrcaloma in tako nenehno povzročajo stimulirano sevanje. Zelo močan laser nastane zelo hitro.
Čisto svetlobo in stabilen spekter laserja lahko uporabimo na več načinov.
Rubin laser
Prvotni laser je podrgnil s svetlobno bliskavico, proizvedeni laser pa je bil" impulzni laser" namesto neprekinjeno stabilnega žarka. Kakovost svetlobe, ki jo proizvaja ta laser, se bistveno razlikuje od laserja, ki ga proizvaja laserska dioda, ki jo uporabljamo danes. To intenzivno oddajanje svetlobe, ki traja le nekaj nanosekund, je idealno za zajemanje predmetov, ki jih je enostavno premikati, na primer portreti holografskih portretov. Prvi laserski portret se je rodil leta 1967. Rubinski laserji zahtevajo drage rubine in lahko proizvajajo le kratke izbruhe svetlobe.
Helijev laser
Leta 1960 so znanstveniki Ali Javan, William R. Brennet mlajši in Donald Herriot zasnovali HeNe laser. To je prvi plinski laser, ki se pogosto uporablja pri holografskih fotografih.
Dve prednosti: 1. Izdelava neprekinjenega laserskega izhoda; 2. Žarnice z bliskavico ni treba izvajati za svetlobno vzbujanje, ampak uporabite plin za električno vzbujanje.
Laserska dioda
Laserska dioda je eden najpogosteje uporabljenih laserjev. Pojav spontane rekombinacije elektronov in lukenj na obeh straneh PN-stika diode imenujemo spontana emisija. Ko fotoni, ki nastanejo s spontanim oddajanjem, preidejo skozi polprevodnik, se lahko, ko preidejo skozi oddane pare elektronsko luknjo, navdušijo, da se rekombinirajo in tvorijo nove fotone, ki vzbujene nosilce spodbudijo k rekombinaciji in oddajanju novih fotonov. Pojav imenujemo stimulirano sevanje.
Če je vbrizgalni tok dovolj velik, se tvori nosilna porazdelitev, ki je nasprotna stanju toplotnega ravnovesja, to pomeni, da je število prebivalstva obrnjeno. Ko so nosilci v aktivni plasti v velikem številu preobratov, majhna količina spontano ustvarjenih fotonov ustvari induktivno sevanje zaradi vzajemnega odboja na obeh koncih resonančne votline, kar povzroči selektivno povratno zvezo frekvenčno selektivne resonance ali dobiček za določeno frekvenco. Kadar je ojačanje večje od absorpcijske izgube, se lahko iz PN stika odda koherentna svetloba z dobro spektralno črto, laser. Izum laserskih diod omogoča hitro uporabo laserskih aplikacij, različnih vrst skeniranja informacij, optične komunikacije, laserskega merjenja, laserskega radarja, laserskih diskov, laserskih kazalcev, zbirk supermarketov itd., Različne aplikacije pa se nenehno razvijajo in popularizirajo .