اصل کار لیزر

اصل کار لیزر (تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش) بر اساس پدیده انتشار تحریک شده نور است. از طریق مجموعه ای از طرح ها و ساختارهای دقیق، لیزرها پرتوهایی با پیوستگی، تک رنگ و روشنایی بالا تولید می کنند. لیزرها به طور گسترده در فناوری مدرن از جمله در زمینه هایی مانند ارتباطات، پزشکی، تولید، اندازه گیری و تحقیقات علمی استفاده می شود. راندمان بالا و ویژگی های کنترل دقیق آنها را جزء اصلی بسیاری از فناوری ها می کند. در زیر اصول کار لیزر و مکانیسم انواع لیزر توضیح داده شده است.

1. انتشار تحریک شده

انتشار تحریک شدهاین اصل اساسی در پشت تولید لیزر است که برای اولین بار توسط انیشتین در سال 1917 ارائه شد. این پدیده توضیح می دهد که چگونه فوتون های منسجم بیشتری از طریق برهم کنش بین نور و ماده حالت برانگیخته تولید می شوند. برای درک بهتر انتشار تحریک شده، اجازه دهید با انتشار خود به خود شروع کنیم:

انتشار خود به خود: در اتم‌ها، مولکول‌ها یا سایر ذرات میکروسکوپی، الکترون‌ها می‌توانند انرژی خارجی (مانند انرژی الکتریکی یا نوری) را جذب کرده و به سطح انرژی بالاتری منتقل شوند که به عنوان حالت برانگیخته شناخته می‌شود. با این حال، الکترون‌های حالت برانگیخته ناپایدار هستند و در نهایت پس از مدت کوتاهی به سطح انرژی پایین‌تری که به حالت پایه معروف است باز می‌گردند. در طی این فرآیند، الکترون یک فوتون آزاد می کند که گسیل خود به خودی است. چنین فوتون هایی از نظر فرکانس، فاز و جهت تصادفی هستند و بنابراین فاقد انسجام هستند.

انتشار تحریک شده: کلید انتشار تحریک شده این است که وقتی یک الکترون حالت برانگیخته با فوتونی با انرژی منطبق با انرژی انتقال آن مواجه می‌شود، فوتون می‌تواند الکترون را وادار کند که به حالت پایه بازگردد در حالی که فوتون جدیدی آزاد می‌کند. فوتون جدید از نظر فرکانس، فاز و جهت انتشار با فوتون اصلی یکسان است و در نتیجه نور منسجمی ایجاد می‌شود. این پدیده به طور قابل توجهی تعداد و انرژی فوتون ها را تقویت می کند و مکانیسم اصلی لیزرها است.

اثر بازخورد مثبت انتشار تحریک شده: در طراحی لیزرها، فرآیند انتشار تحریک شده چندین بار تکرار می شود و این اثر بازخورد مثبت می تواند تعداد فوتون ها را به صورت تصاعدی افزایش دهد. با کمک یک حفره رزونانس، انسجام فوتون ها حفظ می شود و شدت پرتو نور به طور مداوم افزایش می یابد.

2. Gain Medium

اینبه دست آوردن متوسطماده هسته ای در لیزر است که تقویت فوتون ها و خروجی لیزر را تعیین می کند. این پایه فیزیکی برای انتشار تحریک شده است و خواص آن فرکانس، طول موج و توان خروجی لیزر را تعیین می کند. نوع و ویژگی های محیط گین به طور مستقیم بر کاربرد و عملکرد لیزر تأثیر می گذارد.

مکانیسم تحریک: الکترون ها در محیط بهره باید توسط یک منبع انرژی خارجی به سطح انرژی بالاتری برانگیخته شوند. این فرآیند معمولاً توسط سیستم های تامین انرژی خارجی انجام می شود. مکانیسم های رایج تحریک عبارتند از:

پمپاژ برق: برانگیختن الکترون ها در محیط بهره با اعمال جریان الکتریکی.

پمپ نوری: برانگیختن محیط با منبع نور (مانند فلاش لامپ یا لیزر دیگر).

سیستم سطوح انرژی: الکترون ها در محیط بهره معمولاً در سطوح انرژی خاصی توزیع می شوند. رایج ترین آنها هستندسیستم های دو سطحیوسیستم های چهار سطحی. در یک سیستم دو سطحی ساده، الکترون ها از حالت پایه به حالت برانگیخته منتقل می شوند و سپس از طریق گسیل تحریک شده به حالت پایه باز می گردند. در یک سیستم چهار سطحی، الکترون‌ها بین سطوح مختلف انرژی دچار انتقال پیچیده‌تر می‌شوند که اغلب منجر به بازده بالاتر می‌شود.

انواع رسانه های سود:

متوسط ​​افزایش گاز: برای مثال لیزرهای هلیوم نئون (He-Ne). رسانه های افزایش گاز به دلیل خروجی پایدار و طول موج ثابت شناخته شده اند و به طور گسترده به عنوان منابع نور استاندارد در آزمایشگاه ها استفاده می شوند.

مایع افزایش مایع: مثلاً لیزرهای رنگی. مولکول های رنگ دارای خواص تحریک خوبی در طول موج های مختلف هستند که آنها را برای لیزرهای قابل تنظیم ایده آل می کند.

جامد افزایش متوسط: برای مثال، لیزرهای Nd (گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم). این لیزرها بسیار کارآمد و قدرتمند هستند و به طور گسترده در برشکاری صنعتی، جوشکاری و کاربردهای پزشکی استفاده می شوند.

متوسط ​​افزایش نیمه هادی: به عنوان مثال، مواد آرسنید گالیم (GaAs) به طور گسترده در وسایل ارتباطی و الکترونیک نوری مانند دیودهای لیزر استفاده می شود.

3. حفره تشدید کننده

اینحفره تشدید کنندهیک جزء ساختاری در لیزر است که برای بازخورد و تقویت استفاده می شود. عملکرد اصلی آن افزایش تعداد فوتون های تولید شده از طریق انتشار تحریک شده با انعکاس و تقویت آنها در داخل حفره است، بنابراین یک خروجی لیزر قوی و متمرکز ایجاد می کند.

ساختار حفره تشدید کننده: معمولا از دو آینه موازی تشکیل شده است. یکی از آنها یک آینه کاملا بازتابنده است که به آن معروف استآینه عقبو دیگری یک آینه تا حدی بازتابنده است که به نام theآینه خروجی. فوتون ها به عقب و جلو در داخل حفره منعکس می شوند و از طریق تعامل با محیط افزایش تقویت می شوند.

وضعیت رزونانس: طراحی حفره تشدید کننده باید شرایط خاصی را داشته باشد، مانند اطمینان از اینکه فوتون ها امواج ایستاده را در داخل حفره تشکیل می دهند. این مستلزم آن است که طول حفره مضربی از طول موج لیزر باشد. فقط امواج نوری که این شرایط را برآورده می کنند می توانند به طور موثر در داخل حفره تقویت شوند.

پرتو خروجی: آینه نیمه بازتابنده به بخشی از پرتو نور تقویت شده اجازه عبور می دهد و پرتو خروجی لیزر را تشکیل می دهد. این پرتو جهت، پیوستگی و تک رنگی بالایی دارد.

اگر می خواهید بیشتر بدانید یا علاقه مند به لیزر هستید، لطفا با ما تماس بگیرید:

Lumispot

آدرس: منطقه شیشان، خیابان سوم فورونگ، پلاک ۹۹، ساختمان ۴. Wuxi، 214000، چین

تلفن: + 86-0510 87381808.

تلفن همراه: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

وب سایت: www.lumispot-tech.com