Mag-subscribe sa aming Social Media para sa mga Post na Mabilis
Ang mga laser, isang pundasyon ng modernong teknolohiya, ay kasin-kahanga-hanga at kasinkumplikado ng mga ito. Sa kaibuturan ng mga ito ay nakasalalay ang isang simponya ng mga bahaging nagtutulungan upang makagawa ng magkakaugnay at pinalakas na liwanag. Tinatalakay ng blog na ito ang mga masalimuot na detalye ng mga bahaging ito, na sinusuportahan ng mga siyentipikong prinsipyo at ekwasyon, upang makapagbigay ng mas malalim na pag-unawa sa teknolohiya ng laser.
Mga Masusing Pananaw sa mga Bahagi ng Sistema ng Laser: Isang Teknikal na Perspektibo para sa mga Propesyonal
| Bahagi | Tungkulin | Mga Halimbawa |
| Katamtaman ng Pagkuha | Ang gain medium ay ang materyal sa isang laser na ginagamit para sa pagpapalakas ng liwanag. Pinapadali nito ang pagpapalakas ng liwanag sa pamamagitan ng proseso ng population inversion at stimulated emission. Ang pagpili ng gain medium ang tumutukoy sa mga katangian ng radiation ng laser. | Mga Solid-State Laserhal., Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet), na ginagamit sa mga aplikasyong medikal at industriyal.Mga Gas Laser: hal., mga CO2 laser, na ginagamit para sa pagputol at pagwelding.Mga Laser na Semikonduktor:hal., mga laser diode, na ginagamit sa komunikasyon ng fiber optics at mga laser pointer. |
| Pinagmumulan ng Pagbomba | Ang pinagmumulan ng pumping ay nagbibigay ng enerhiya sa gain medium upang makamit ang population inversion (ang pinagmumulan ng enerhiya para sa population inversion), na nagbibigay-daan sa operasyon ng laser. | Pagbomba ng OptikalPaggamit ng matinding pinagmumulan ng liwanag tulad ng mga flashlamp upang magbomba ng mga solid-state laser.Pagbomba ng Elektrisidad: Pag-excite ng gas sa mga gas laser sa pamamagitan ng kuryente.Pagbomba ng SemiconductorPaggamit ng mga laser diode upang bombahin ang solid-state laser medium. |
| Optical Cavity | Ang optical cavity, na binubuo ng dalawang salamin, ay nagrereplekta ng liwanag upang mapataas ang haba ng landas ng liwanag sa gain medium, sa gayon ay pinapahusay ang light amplification. Nagbibigay ito ng feedback mechanism para sa laser amplification, na pumipili ng spectral at spatial na katangian ng liwanag. | Planar-Planar na Lubak: Ginagamit sa pananaliksik sa laboratoryo, simpleng istraktura.Lubak na Planar-ConcaveKaraniwan sa mga industrial laser, nagbibigay ng mataas na kalidad na mga beam. Singsing na LungagGinagamit sa mga partikular na disenyo ng mga ring laser, tulad ng mga ring gas laser. |
Ang Gain Medium: Isang Kawing ng Quantum Mechanics at Optical Engineering
Dinamika ng Kuantum sa Gain Medium
Ang gain medium ay kung saan nagaganap ang pangunahing proseso ng light amplification, isang penomenong malalim na nakaugat sa quantum mechanics. Ang interaksyon sa pagitan ng mga estado ng enerhiya at mga particle sa loob ng medium ay pinamamahalaan ng mga prinsipyo ng stimulated emission at population inversion. Ang kritikal na ugnayan sa pagitan ng light intensity (I), ang initial intensity (I0), ang transition cross-section (σ21), at ang mga bilang ng particle sa dalawang antas ng enerhiya (N2 at N1) ay inilalarawan ng equation na I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Ang pagkamit ng population inversion, kung saan ang N2 > N1, ay mahalaga para sa amplification at isang pundasyon ng laser physics[1].
Mga Sistemang Tatlong-Antas vs. Apat-Antas
Sa mga praktikal na disenyo ng laser, karaniwang ginagamit ang mga three-level at four-level na sistema. Bagama't mas simple, ang mga three-level na sistema ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya upang makamit ang population inversion dahil ang mas mababang antas ng laser ang siyang ground state. Sa kabilang banda, ang mga four-level na sistema ay nag-aalok ng mas mahusay na ruta patungo sa population inversion dahil sa mabilis na non-radiative decay mula sa mas mataas na antas ng enerhiya, na ginagawa itong mas laganap sa mga modernong aplikasyon ng laser.2].
Is Salamin na may erbiumisang midyum ng pagdagdag?
Oo, ang erbium-doped glass ay isang uri nga ng gain medium na ginagamit sa mga laser system. Sa kontekstong ito, ang "doping" ay tumutukoy sa proseso ng pagdaragdag ng isang tiyak na dami ng erbium ions (Er³⁺) sa salamin. Ang erbium ay isang rare earth element na, kapag isinama sa isang glass host, ay maaaring epektibong magpalaki ng liwanag sa pamamagitan ng stimulated emission, isang pangunahing proseso sa operasyon ng laser.
Ang erbium-doped glass ay partikular na kapansin-pansin dahil sa paggamit nito sa mga fiber laser at fiber amplifier, lalo na sa industriya ng telekomunikasyon. Ito ay angkop para sa mga aplikasyong ito dahil mahusay nitong pinapalakas ang liwanag sa mga wavelength na humigit-kumulang 1550 nm, na isang mahalagang wavelength para sa mga komunikasyon sa optical fiber dahil sa mababang loss nito sa mga karaniwang silica fiber.
AngerbiumAng mga ion ay sumisipsip ng liwanag ng bomba (kadalasan mula sa isangdiode ng laser) at nasasabik sa mas matataas na estado ng enerhiya. Kapag bumalik sila sa mas mababang estado ng enerhiya, naglalabas sila ng mga photon sa lasing wavelength, na nakakatulong sa proseso ng laser. Dahil dito, ang erbium-doped glass ay isang epektibo at malawakang ginagamit na gain medium sa iba't ibang disenyo ng laser at amplifier.
Mga Kaugnay na Blog: Balita - Salamin na may Doping Erbium: Agham at mga Aplikasyon
Mga Mekanismo ng Pagbomba: Ang Puwersang Nagtutulak sa Likod ng mga Laser
Iba't Ibang Pamamaraan sa Pagkamit ng Pagbabaligtad ng Populasyon
Ang pagpili ng mekanismo ng pagbomba ay mahalaga sa disenyo ng laser, na nakakaimpluwensya sa lahat mula sa kahusayan hanggang sa output wavelength. Ang optical pumping, gamit ang mga panlabas na pinagmumulan ng liwanag tulad ng mga flashlamp o iba pang laser, ay karaniwan sa mga solid-state at dye laser. Ang mga pamamaraan ng electrical discharge ay karaniwang ginagamit sa mga gas laser, habang ang mga semiconductor laser ay kadalasang gumagamit ng electron injection. Ang kahusayan ng mga mekanismo ng pagbomba na ito, lalo na sa mga diode-pumped solid-state laser, ay naging isang mahalagang pokus ng kamakailang pananaliksik, na nag-aalok ng mas mataas na kahusayan at pagiging compact.3].
Mga Teknikal na Pagsasaalang-alang sa Kahusayan ng Pagbomba
Ang kahusayan ng proseso ng pagbomba ay isang kritikal na aspeto ng disenyo ng laser, na nakakaapekto sa pangkalahatang pagganap at pagiging angkop ng aplikasyon. Sa mga solid-state laser, ang pagpili sa pagitan ng mga flashlamp at laser diode bilang pinagmumulan ng bomba ay maaaring makaapekto nang malaki sa kahusayan, thermal load, at kalidad ng beam ng sistema. Ang pag-unlad ng mga high-power, high-efficiency laser diode ay nagpabago sa mga sistema ng DPSS laser, na nagbibigay-daan sa mas siksik at mahusay na mga disenyo.4].
Ang Optical Cavity: Pag-inhinyero ng Laser Beam
Disenyo ng Cavity: Isang Pagbabalanse ng Pisika at Inhinyeriya
Ang optical cavity, o resonator, ay hindi lamang isang passive component kundi isang aktibong kalahok sa paghubog ng laser beam. Ang disenyo ng cavity, kabilang ang curvature at alignment ng mga salamin, ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagtukoy ng stability, mode structure, at output ng laser. Ang cavity ay dapat idisenyo upang mapahusay ang optical gain habang binabawasan ang mga losses, isang hamon na pinagsasama ang optical engineering at wave optics.5.
Mga Kondisyon ng Osilasyon at Pagpili ng Mode
Para mangyari ang laser oscillation, ang gain na ibinibigay ng medium ay dapat lumampas sa mga losses sa loob ng cavity. Ang kundisyong ito, kasama ang kinakailangan para sa coherent wave superposition, ay nagdidikta na tanging ilang longitudinal modes lamang ang sinusuportahan. Ang mode spacing at ang pangkalahatang mode structure ay naiimpluwensyahan ng pisikal na haba ng cavity at ng refractive index ng gain medium.6].
Konklusyon
Ang disenyo at operasyon ng mga sistema ng laser ay sumasaklaw sa malawak na saklaw ng pisika at mga prinsipyo ng inhenyeriya. Mula sa quantum mechanics na namamahala sa gain medium hanggang sa masalimuot na inhenyeriya ng optical cavity, ang bawat bahagi ng isang sistema ng laser ay gumaganap ng mahalagang papel sa pangkalahatang paggana nito. Ang artikulong ito ay nagbigay ng sulyap sa masalimuot na mundo ng teknolohiya ng laser, na nag-aalok ng mga pananaw na tumutugma sa advanced na pag-unawa ng mga propesor at optical engineer sa larangan.
Mga Sanggunian
- 1. Siegman, AE (1986). Mga laser. Mga Aklat sa Agham ng Unibersidad.
- 2. Svelto, O. (2010). Mga Prinsipyo ng mga Laser. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Inhinyeriya ng Solid-State Laser. Springer.
- 4. Piper, JA, at Mildren, RP (2014). Mga Diode Pumped Solid State Laser. Sa Handbook ng Teknolohiya at Aplikasyon ng Laser (Tomo III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, at Eberly, JH (2010). Pisika ng Laser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Mga Pundamental na Saligan ng Laser. Cambridge University Press.
Oras ng pag-post: Nob-27-2023