Ang pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang laser

Ang pangunahing prinsipyo ng paggana ng isang laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ay batay sa penomeno ng stimulated emission ng liwanag. Sa pamamagitan ng isang serye ng mga tumpak na disenyo at istruktura, ang mga laser ay nakakabuo ng mga sinag na may mataas na coherence, monochromaticity, at brightness. Ang mga laser ay malawakang ginagamit sa modernong teknolohiya, kabilang ang sa mga larangan tulad ng komunikasyon, medisina, pagmamanupaktura, pagsukat, at siyentipikong pananaliksik. Ang kanilang mataas na kahusayan at tumpak na mga katangian ng kontrol ang dahilan kung bakit sila ang pangunahing bahagi ng maraming teknolohiya. Nasa ibaba ang isang detalyadong paliwanag ng mga prinsipyo ng paggana ng mga laser at ang mga mekanismo ng iba't ibang uri ng mga laser.

1. Pinasiglang Emisyon

Pinasiglang emisyonay ang pangunahing prinsipyo sa likod ng pagbuo ng laser, na unang iminungkahi ni Einstein noong 1917. Inilalarawan ng penomenong ito kung paano nalilikha ang mas magkakaugnay na mga photon sa pamamagitan ng interaksyon sa pagitan ng liwanag at excited-state matter. Upang mas maunawaan ang stimulated emission, magsimula tayo sa kusang emission:

Kusang PaglabasSa mga atomo, molekula, o iba pang mikroskopikong mga partikulo, ang mga electron ay maaaring sumipsip ng panlabas na enerhiya (tulad ng enerhiyang elektrikal o optikal) at lumipat sa mas mataas na antas ng enerhiya, na kilala bilang excited state. Gayunpaman, ang mga excited-state na electron 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 photon, na isang kusang emisyon. Ang mga naturang photon ay random sa mga tuntunin ng frequency, phase, at direksyon, at sa gayon ay kulang sa coherence.

Pinasiglang EmisyonAng susi sa stimulated emission ay kapag ang isang excited-state electron ay nakatagpo ng isang photon na may enerhiyang tumutugma sa transition energy nito, maaaring himukin 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 frequency, phase, at direksyon ng paglaganap, na nagreresulta sa coherent light. Ang phenomenon na ito ay makabuluhang nagpapalakas sa bilang at enerhiya ng mga photon at ito ang pangunahing mekanismo ng mga laser.

Positibong Feedback na Epekto ng Stimulated EmissionSa disenyo ng mga laser, ang proseso ng stimulated emission ay inuulit nang maraming beses, at ang positibong feedback effect na ito ay maaaring magpalaki nang malaki sa bilang ng mga photon. Sa tulong ng isang resonant cavity, ang coherence ng mga photon ay napapanatili, at ang intensity ng light beam ay patuloy na tumataas.

2. Makakuha ng Katamtaman

Angkatamtamang pakinabangay ang pangunahing materyal sa laser na tumutukoy sa amplification ng mga photon at sa output ng laser. Ito ang pisikal na batayan para sa stimulated emission, at ang mga katangian nito ang tumutukoy sa frequency, wavelength, at output power ng laser. Ang uri at mga katangian ng gain medium ay direktang nakakaapekto sa aplikasyon at pagganap ng laser.

Mekanismo ng PagganyakAng mga electron sa gain medium ay kailangang ma-excite sa mas mataas na antas ng enerhiya sa pamamagitan ng isang panlabas na pinagmumulan ng enerhiya. Ang prosesong ito ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng mga panlabas na sistema ng supply ng enerhiya. Kabilang sa mga karaniwang mekanismo ng excitation ang:

Pagbomba ng Elektrisidad: Pag-excite ng mga electron sa gain medium sa pamamagitan ng paglalapat ng electric current.

Pagbomba ng Optikal: Pagpapasigla sa midyum gamit ang pinagmumulan ng liwanag (tulad ng flash lamp o ibang laser).

Sistema ng Antas ng EnerhiyaAng mga electron sa gain medium ay karaniwang ipinamamahagi sa mga partikular na antas ng enerhiya. Ang pinakakaraniwan aymga sistemang may dalawang antasatmga sistemang may apat na antasSa isang simpleng two-level na sistema, ang mga electron ay lumilipat mula sa ground state patungo sa excited state at pagkatapos ay bumabalik sa ground state sa pamamagitan ng stimulated emission. Sa isang four-level na sistema, ang mga electron ay sumasailalim sa mas kumplikadong mga transisyon sa pagitan ng iba't ibang antas ng enerhiya, na kadalasang nagreresulta sa mas mataas na kahusayan.

Mga Uri ng Gain Media:

Katamtaman ng Pagtaas ng GasHalimbawa, mga helium-neon (He-Ne) laser. Ang mga gas gain media ay kilala sa kanilang matatag na output at nakapirming wavelength, at malawakang ginagamit bilang karaniwang pinagmumulan ng liwanag sa mga laboratoryo.

Liquid Gain MediumHalimbawa, mga dye laser. Ang mga molekula ng dye ay may mahuhusay na katangian ng paggulo sa iba't ibang wavelength, kaya mainam ang mga ito para sa mga tunable laser.

Solidong Gain MediumHalimbawa, mga Nd(neodymium-doped yttrium aluminum garnet) laser. Ang mga laser na ito ay lubos na mabisa at makapangyarihan, at malawakang ginagamit sa industriyal na pagputol, hinang, at mga aplikasyong medikal.

Katamtaman ng Gain ng SemikonduktorHalimbawa, ang mga materyales na gallium arsenide (GaAs) ay malawakang ginagamit sa mga aparatong pangkomunikasyon at optoelectronic tulad ng mga laser diode.

3. Lungag ng Resonator

Anglukab ng resonatoray isang estruktural na bahagi sa laser na ginagamit para sa feedback at amplification. Ang pangunahing tungkulin nito ay upang mapataas ang bilang ng mga photon na nalilikha sa pamamagitan ng stimulated emission sa pamamagitan ng pag-reflect at pagpapalakas ng mga ito sa loob ng cavity, kaya bumubuo ng isang malakas at nakatutok na laser output.

Kayarian ng Resonator CavityKaraniwan itong binubuo ng dalawang magkaparehong salamin. Ang isa ay isang ganap na repleksyon na salamin, na kilala bilangsalamin sa likuran, at ang isa pa ay isang bahagyang repleksyong salamin, na kilala bilangsalamin ng outputAng mga photon ay nagrerepleksyon pabalik-balik sa loob ng lukab at pinalalakas sa pamamagitan ng interaksyon sa gain medium.

Kondisyon ng ResonanceAng disenyo ng lukab ng resonator ay dapat matugunan ang ilang mga kundisyon, tulad ng pagtiyak na ang mga photon ay bumubuo ng mga standing wave sa loob ng lukab. Kinakailangan nito na ang haba ng lukab ay maging multiple ng wavelength ng laser. Tanging ang mga light wave na nakakatugon sa mga kundisyong ito ang maaaring epektibong palakasin sa loob ng lukab.

Output BeamAng bahagyang repleksyon ng salamin ay nagpapahintulot sa isang bahagi ng pinalakas na sinag ng liwanag na dumaan, na bumubuo sa output beam ng laser. Ang sinag na ito ay may mataas na directionality, coherence, at monochromaticity..

Kung nais mong matuto nang higit pa o interesado sa mga laser, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin:

Lumispot

Tirahan: Gusali 4 #, Blg. 99 Furong 3rd Road, Distrito ng Xishan, Wuxi, 214000, Tsina

Tel: + 86-0510 87381808.

Mobile: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Website: www.lumispot-tech.com