Ang pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ay batay sa phenomenon ng stimulated emission ng liwanag. Sa pamamagitan ng serye ng mga tumpak na disenyo at istruktura, ang mga laser ay bumubuo ng mga beam na may mataas na pagkakaugnay-ugnay, monochromaticity, at ningning. Ang mga laser ay malawakang ginagamit sa modernong teknolohiya, kabilang ang mga larangan tulad ng komunikasyon, gamot, pagmamanupaktura, pagsukat, at siyentipikong pananaliksik. Ang kanilang mataas na kahusayan at tumpak na mga katangian ng kontrol ay ginagawa silang pangunahing bahagi ng maraming mga teknolohiya. Nasa ibaba ang isang detalyadong paliwanag ng mga prinsipyo ng pagtatrabaho ng mga laser at ang mga mekanismo ng iba't ibang uri ng mga laser.
1. Stimulated Emission
Pinasiglang paglabasay ang pangunahing prinsipyo sa likod ng henerasyon ng laser, na unang iminungkahi ni Einstein noong 1917. Inilalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito kung paano nagagawa ang mas magkakaugnay na mga photon sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng light at excited-state matter. Upang mas maunawaan ang stimulated emission, magsimula tayo sa spontaneous emission:
Kusang Paglabas: Sa mga atomo, molekula, o iba pang mga microscopic na particle, ang mga electron ay maaaring sumipsip ng panlabas na enerhiya (tulad ng elektrikal o optical na enerhiya) at lumipat sa isang mas mataas na antas ng enerhiya, na kilala bilang nasasabik na estado. Gayunpaman, ang mga electron ng excited-state ay hindi matatag at kalaunan ay babalik sa mas mababang antas ng enerhiya, na kilala bilang ground state, pagkatapos ng maikling panahon. Sa prosesong ito, ang electron ay naglalabas ng isang photon, na kusang paglabas. Ang ganitong mga photon ay random sa mga tuntunin ng dalas, yugto, at direksyon, at sa gayon ay walang pagkakaugnay-ugnay.
Pinasiglang Pagpapalabas: Ang susi sa stimulated emission ay kapag ang isang excited-state na electron ay nakatagpo ng photon na may enerhiya na tumutugma sa transition energy nito, maaaring i-prompt ng photon ang electron na bumalik sa ground state habang naglalabas ng bagong photon. Ang bagong photon ay kapareho ng orihinal sa mga tuntunin ng dalas, yugto, at direksyon ng pagpapalaganap, na nagreresulta sa magkakaugnay na liwanag. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay makabuluhang pinalalakas ang bilang at enerhiya ng mga photon at ang pangunahing mekanismo ng mga laser.
Positibong Feedback Epekto ng Stimulated Emission: Sa disenyo ng mga laser, ang pinasiglang proseso ng paglabas ay paulit-ulit nang maraming beses, at ang positibong epekto ng feedback na ito ay maaaring pataasin ang bilang ng mga photon. Sa tulong ng isang resonant na lukab, ang pagkakaugnay ng mga photon ay pinananatili, at ang intensity ng light beam ay patuloy na nadagdagan.
2. Makakuha ng Medium
Angmakakuha ng mediumay ang pangunahing materyal sa laser na tumutukoy sa amplification ng mga photon at ang laser output. Ito ang pisikal na batayan para sa stimulated emission, at ang mga katangian nito ay tumutukoy sa frequency, wavelength, at output power ng laser. Ang uri at katangian ng gain medium ay direktang nakakaapekto sa aplikasyon at pagganap ng laser.
Mekanismo ng Excitation: Ang mga electron sa gain medium ay kailangang ma-excite sa mas mataas na antas ng enerhiya ng isang panlabas na pinagmumulan ng enerhiya. Ang prosesong ito ay karaniwang nakakamit ng mga panlabas na sistema ng supply ng enerhiya. Ang mga karaniwang mekanismo ng paggulo ay kinabibilangan ng:
Electrical pumping: Nakaka-excite ang mga electron sa gain medium sa pamamagitan ng paglalagay ng electric current.
Optical pumping: Nakatutuwang medium na may pinagmumulan ng liwanag (tulad ng flash lamp o ibang laser).
Sistema ng Mga Antas ng Enerhiya: Ang mga electron sa gain medium ay karaniwang ipinamamahagi sa mga tiyak na antas ng enerhiya. Ang pinakakaraniwan aydalawang antas na sistemaatapat na antas na sistema. Sa isang simpleng dalawang antas na sistema, ang mga electron ay lumipat mula sa ground state patungo sa excited na estado at pagkatapos ay bumalik sa ground state sa pamamagitan ng stimulated emission. Sa isang apat na antas na sistema, ang mga electron ay sumasailalim sa mas kumplikadong mga paglipat sa pagitan ng iba't ibang antas ng enerhiya, na kadalasang nagreresulta sa mas mataas na kahusayan.
Mga Uri ng Gain Media:
Daluyan ng Gas Gain: Halimbawa, helium-neon (He-Ne) lasers. Ang gas gain media ay kilala sa kanilang stable na output at fixed wavelength, at malawakang ginagamit bilang standard light sources sa mga laboratoryo.
Medium ng Liquid Gain: Halimbawa, mga dye laser. Ang mga molekula ng dye ay may magagandang katangian ng paggulo sa iba't ibang wavelength, na ginagawang perpekto ang mga ito para sa mga tunable na laser.
Solid Gain Medium: Halimbawa, Nd(neodymium-doped yttrium aluminum garnet) lasers. Ang mga laser na ito ay lubos na mahusay at makapangyarihan, at malawakang ginagamit sa pang-industriya na pagputol, hinang, at mga medikal na aplikasyon.
Daluyan ng Semiconductor Gain: Halimbawa, ang mga materyal na gallium arsenide (GaAs) ay malawakang ginagamit sa komunikasyon at mga optoelectronic na aparato tulad ng mga laser diode.
3. Resonator Cavity
Angresonator cavityay isang structural component sa laser na ginagamit para sa feedback at amplification. Ang pangunahing tungkulin nito ay upang mapahusay ang bilang ng mga photon na ginawa sa pamamagitan ng stimulated emission sa pamamagitan ng pagpapakita at pagpapalakas ng mga ito sa loob ng cavity, kaya bumubuo ng isang malakas at nakatutok na laser output.
Istraktura ng Resonator Cavity: Karaniwan itong binubuo ng dalawang magkatulad na salamin. Ang isa ay isang ganap na mapanimdim na salamin, na kilala bilang angsalamin sa likuran, at ang isa ay isang bahagyang mapanimdim na salamin, na kilala bilang angsalamin ng output. Ang mga photon ay sumasalamin nang pabalik-balik sa loob ng cavity at pinalalakas sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa gain medium.
Kondisyon ng Resonance: Ang disenyo ng resonator cavity ay dapat matugunan ang ilang mga kundisyon, tulad ng pagtiyak na ang mga photon ay bumubuo ng mga nakatayong alon sa loob ng cavity. Nangangailangan ito ng haba ng cavity upang maging isang multiple ng wavelength ng laser. Tanging ang mga magagaan na alon na nakakatugon sa mga kundisyong ito ang maaaring epektibong palakasin sa loob ng lukab.
Output Beam: Ang bahagyang reflective mirror ay nagbibigay-daan sa isang bahagi ng amplified light beam na dumaan, na bumubuo sa output beam ng laser. Ang beam na ito ay may mataas na direksyon, pagkakaugnay-ugnay, at monochromaticity.
Kung gusto mong matuto nang higit pa o interesado sa mga laser, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin:
Lumispot
Address: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobile: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Website: www.lumispot-tech.com
Oras ng post: Set-18-2024