برای دریافت سریع پست‌ها در شبکه‌های اجتماعی ما عضو شوید
لیزرها، سنگ بنای فناوری مدرن، به همان اندازه که پیچیده هستند، جذاب نیز هستند. در قلب آنها سمفونی از اجزایی نهفته است که به طور هماهنگ برای تولید نور منسجم و تقویت شده کار می‌کنند. این وبلاگ به پیچیدگی‌های این اجزا، که توسط اصول و معادلات علمی پشتیبانی می‌شوند، می‌پردازد تا درک عمیق‌تری از فناوری لیزر ارائه دهد.
بینش‌های پیشرفته در مورد اجزای سیستم لیزر: دیدگاه فنی برای متخصصان
| کامپوننت | عملکرد | مثال‌ها |
| متوسط به دست آوردن | محیط تقویت، ماده‌ای در لیزر است که برای تقویت نور استفاده می‌شود. این ماده، تقویت نور را از طریق فرآیند وارونگی جمعیت و گسیل القایی تسهیل می‌کند. انتخاب محیط تقویت، ویژگی‌های تابش لیزر را تعیین می‌کند. | لیزرهای حالت جامد: به عنوان مثال، Nd:YAG (گارنت ایتریوم آلومینیوم آلاییده شده با نئودیمیوم)، که در کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده می‌شود.لیزرهای گازیبه عنوان مثال، لیزرهای CO2 که برای برش و جوشکاری استفاده می‌شوند.لیزرهای نیمه هادی:به عنوان مثال، دیودهای لیزری، که در ارتباطات فیبر نوری و نشانگرهای لیزری استفاده می‌شوند. |
| منبع پمپاژ | منبع پمپاژ، انرژی لازم برای محیط فعال را فراهم می‌کند تا وارونگی جمعیت (منبع انرژی برای وارونگی جمعیت) حاصل شود و عملکرد لیزر را ممکن سازد. | پمپاژ نوریاستفاده از منابع نور شدید مانند لامپ‌های چشمک‌زن برای پمپ کردن لیزرهای حالت جامد.پمپاژ الکتریکیتحریک گاز در لیزرهای گازی از طریق جریان الکتریکی.پمپاژ نیمه هادیاستفاده از دیودهای لیزری برای پمپ کردن محیط لیزری حالت جامد. |
| حفره نوری | حفره نوری، متشکل از دو آینه، نور را منعکس می‌کند تا طول مسیر نور را در محیط تقویت افزایش دهد و در نتیجه تقویت نور را افزایش دهد. این حفره یک مکانیسم بازخورد برای تقویت لیزر فراهم می‌کند و ویژگی‌های طیفی و مکانی نور را انتخاب می‌کند. | حفره مسطح-مسطح: مورد استفاده در تحقیقات آزمایشگاهی، ساختار ساده.حفره مسطح-مقعر: رایج در لیزرهای صنعتی، پرتوهای با کیفیت بالا ارائه می‌دهد. حفره حلقه‌ایدر طرح‌های خاصی از لیزرهای حلقه‌ای، مانند لیزرهای گازی حلقه‌ای، استفاده می‌شود. |
محیط بهره: پیوندی از مکانیک کوانتومی و مهندسی اپتیک
دینامیک کوانتومی در محیط بهره
محیط تقویت جایی است که فرآیند اساسی تقویت نور رخ می‌دهد، پدیده‌ای که ریشه عمیقی در مکانیک کوانتومی دارد. برهمکنش بین حالت‌های انرژی و ذرات درون محیط توسط اصول گسیل القایی و وارونگی جمعیت اداره می‌شود. رابطه بحرانی بین شدت نور (I)، شدت اولیه (I0)، سطح مقطع گذار (σ21) و تعداد ذرات در دو سطح انرژی (N2 و N1) توسط معادله I = I0e^(σ21(N2-N1)L توصیف می‌شود. دستیابی به وارونگی جمعیت، که در آن N2 > N1 است، برای تقویت ضروری است و سنگ بنای فیزیک لیزر است.1].
سیستم‌های سه سطحی در مقابل چهار سطحی
در طراحی‌های عملی لیزر، معمولاً از سیستم‌های سه ترازی و چهار ترازی استفاده می‌شود. سیستم‌های سه ترازی، اگرچه ساده‌تر هستند، اما برای دستیابی به وارونگی جمعیت به انرژی بیشتری نیاز دارند، زیرا تراز لیزری پایین‌تر حالت پایه است. از سوی دیگر، سیستم‌های چهار ترازی به دلیل واپاشی سریع غیرتابشی از تراز انرژی بالاتر، مسیر کارآمدتری برای وارونگی جمعیت ارائه می‌دهند و همین امر آنها را در کاربردهای لیزر مدرن رایج‌تر می‌کند.2].
Is شیشه آلاییده شده با اربیومیک واسطه برای افزایش سود؟
بله، شیشه آلاییده شده با اربیم در واقع نوعی محیط تقویت است که در سیستم‌های لیزری استفاده می‌شود. در این زمینه، "آلایش" به فرآیند افزودن مقدار مشخصی از یون‌های اربیم (Er³⁺) به شیشه اشاره دارد. اربیم یک عنصر خاکی کمیاب است که وقتی در یک میزبان شیشه‌ای قرار می‌گیرد، می‌تواند به طور مؤثر نور را از طریق گسیل القایی تقویت کند، که یک فرآیند اساسی در عملکرد لیزر است.
شیشه آلاییده شده با اربیوم به ویژه به دلیل کاربردش در لیزرهای فیبری و تقویت‌کننده‌های فیبری، به ویژه در صنعت مخابرات، قابل توجه است. این شیشه برای این کاربردها بسیار مناسب است زیرا به طور مؤثر نور را در طول موج‌های حدود ۱۵۵۰ نانومتر تقویت می‌کند، که به دلیل تلفات کم در فیبرهای سیلیسی استاندارد، طول موج کلیدی برای ارتباطات فیبر نوری است.
اربیمیون‌ها نور پمپ را جذب می‌کنند (اغلب از یکدیود لیزر) و به حالت‌های انرژی بالاتر برانگیخته می‌شوند. هنگامی که به حالت انرژی پایین‌تر برمی‌گردند، فوتون‌هایی را در طول موج لیزر منتشر می‌کنند که به فرآیند لیزر کمک می‌کند. این امر شیشه آلاییده شده با اربیم را به یک محیط بهره مؤثر و پرکاربرد در طرح‌های مختلف لیزر و تقویت‌کننده تبدیل می‌کند.
وبلاگ‌های مرتبط: اخبار - شیشه آلاییده شده با اربیوم: علم و کاربردها
مکانیسم‌های پمپاژ: نیروی محرکه لیزرها
رویکردهای متنوع برای دستیابی به وارونگی جمعیت
انتخاب مکانیسم پمپاژ در طراحی لیزر بسیار مهم است و بر همه چیز از راندمان گرفته تا طول موج خروجی تأثیر می‌گذارد. پمپاژ نوری، با استفاده از منابع نور خارجی مانند لامپ‌های فلش یا سایر لیزرها، در لیزرهای حالت جامد و رنگی رایج است. روش‌های تخلیه الکتریکی معمولاً در لیزرهای گازی به کار می‌روند، در حالی که لیزرهای نیمه‌هادی اغلب از تزریق الکترون استفاده می‌کنند. راندمان این مکانیسم‌های پمپاژ، به ویژه در لیزرهای حالت جامد با پمپ دیودی، مورد توجه تحقیقات اخیر بوده است و راندمان و فشردگی بالاتری را ارائه می‌دهد.3].
ملاحظات فنی در راندمان پمپاژ
راندمان فرآیند پمپاژ، جنبه‌ای حیاتی در طراحی لیزر است که بر عملکرد کلی و مناسب بودن کاربرد تأثیر می‌گذارد. در لیزرهای حالت جامد، انتخاب بین لامپ‌های فلش و دیودهای لیزری به عنوان منبع پمپاژ می‌تواند به طور قابل توجهی بر راندمان سیستم، بار حرارتی و کیفیت پرتو تأثیر بگذارد. توسعه دیودهای لیزری با توان و راندمان بالا، سیستم‌های لیزر DPSS را متحول کرده و امکان طراحی‌های فشرده‌تر و کارآمدتر را فراهم کرده است.4].
حفره نوری: مهندسی پرتو لیزر
طراحی حفره: یک عمل متعادل از فیزیک و مهندسی
حفره نوری یا تشدیدگر، نه تنها یک جزء غیرفعال، بلکه یک عامل فعال در شکل‌دهی پرتو لیزر است. طراحی حفره، شامل انحنا و تراز آینه‌ها، نقش حیاتی در تعیین پایداری، ساختار مد و خروجی لیزر ایفا می‌کند. حفره باید به گونه‌ای طراحی شود که بهره نوری را افزایش داده و در عین حال تلفات را به حداقل برساند، چالشی که مهندسی نوری را با اپتیک موجی ترکیب می‌کند.5.
شرایط نوسان و انتخاب حالت
برای اینکه نوسان لیزر رخ دهد، بهره ارائه شده توسط محیط باید از تلفات درون حفره بیشتر باشد. این شرط، همراه با الزام برهم‌نهی موج همدوس، ایجاب می‌کند که فقط مدهای طولی خاصی پشتیبانی شوند. فاصله مدها و ساختار کلی مد تحت تأثیر طول فیزیکی حفره و ضریب شکست محیط بهره قرار می‌گیرند.6].
نتیجه‌گیری
طراحی و عملکرد سیستم‌های لیزری طیف گسترده‌ای از اصول فیزیک و مهندسی را در بر می‌گیرد. از مکانیک کوانتومی حاکم بر محیط تقویت گرفته تا مهندسی پیچیده حفره نوری، هر جزء از یک سیستم لیزری نقش حیاتی در عملکرد کلی آن ایفا می‌کند. این مقاله نگاهی اجمالی به دنیای پیچیده فناوری لیزر ارائه داده و بینش‌هایی را ارائه می‌دهد که با درک پیشرفته اساتید و مهندسان اپتیک در این زمینه طنین‌انداز است.
منابع
- 1. Siegman، AE (1986). لیزرها کتب علوم دانشگاهی
- 2. اسولتو، او. (2010). اصول لیزر. اشپرینگر.
- ۳. کوچنر، دبلیو. (۲۰۰۶). مهندسی لیزر حالت جامد. انتشارات اشپرینگر.
- ۴. پایپر، جی.ای، و میلدرن، آر.پی (۲۰۱۴). لیزرهای حالت جامد با پمپ دیودی. در کتابچه راهنمای فناوری و کاربردهای لیزر (جلد سوم). انتشارات سی.آر.سی.
- 5. میلونی، پی. دبلیو، و ابرلی، جی. اچ. (2010). فیزیک لیزر. انتشارات وایلی.
- 6. سیلفاست، دبلیو.تی (2004). مبانی لیزر. انتشارات دانشگاه کمبریج.
زمان ارسال: ۲۷ نوامبر ۲۰۲۳