اصل اصلی کار یک لیزر

اصل اصلی کار یک لیزر (تقویت نور با انتشار تحریک تابش) بر اساس پدیده انتشار تحریک نور است. از طریق یک سری از طرح ها و ساختارهای دقیق ، لیزرها تیرهایی با انسجام ، تک رنگ و روشنایی ایجاد می کنند. لیزرها به طور گسترده ای در فناوری های مدرن از جمله در زمینه هایی مانند ارتباطات ، پزشکی ، تولید ، اندازه گیری و تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرند. راندمان بالا و ویژگی های کنترل دقیق آنها ، آنها را به عنوان مؤلفه اصلی بسیاری از فناوری ها تبدیل می کند. در زیر توضیح مفصلی در مورد اصول کار لیزرها و مکانیسم های انواع مختلف لیزرها آورده شده است.

1. انتشار تحریک شده

انتشار تحریکآیا اصل اساسی در تولید لیزر ، اولین بار توسط انیشتین در سال 1917 پیشنهاد شده است. این پدیده توصیف می کند که چگونه فوتون های منسجم تر از طریق تعامل بین ماده نور و حالت هیجان زده تولید می شوند. برای درک بهتر انتشار تحریک شده ، بیایید با انتشار خود به خود شروع کنیم:

انتشار خود به خودی: در اتمها ، مولکول ها یا سایر ذرات میکروسکوپی ، الکترون ها می توانند انرژی خارجی (مانند انرژی الکتریکی یا نوری) را جذب کنند و به سطح انرژی بالاتر ، معروف به حالت هیجان زده شوند. با این حال ، الکترون های حالت هیجان انگیز ناپایدار هستند و در نهایت پس از مدت کوتاهی به سطح انرژی کمتری ، معروف به حالت زمین باز می گردند. در طی این فرآیند ، الکترونی یک فوتون را منتشر می کند که انتشار خود به خودی است. چنین فوتون ها از نظر فرکانس ، فاز و جهت تصادفی هستند و بنابراین فاقد انسجام هستند.

انتشار تحریک: نکته اصلی برای انتشار تحریک این است که وقتی یک الکترونی حالت هیجان زده با یک فوتون با انرژی مطابق با انرژی انتقال خود روبرو می شود ، فوتون می تواند هنگام انتشار یک فوتون جدید ، الکترون را به حالت زمین برگرداند. فوتون جدید از نظر فرکانس ، فاز و جهت انتشار یکسان است و در نتیجه نور منسجم است. این پدیده به طور قابل توجهی تعداد و انرژی فوتون ها را تقویت می کند و مکانیسم اصلی لیزرها است.

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

2. متوسط ​​بدست آورید

درمتوسطماده اصلی در لیزر است که تقویت فوتون ها و خروجی لیزر را تعیین می کند. این مبنای فیزیکی برای انتشار تحریک شده است و خصوصیات آن فرکانس ، طول موج و قدرت خروجی لیزر را تعیین می کند. نوع و ویژگی های رسانه افزایش مستقیماً بر کاربرد و عملکرد لیزر تأثیر می گذارد.

مکانیزم تحریک: الکترون ها در محیط افزایش باید توسط یک منبع انرژی خارجی به سطح انرژی بالاتر هیجان زده شوند. این فرآیند معمولاً توسط سیستم های تأمین انرژی خارجی حاصل می شود. مکانیسم های تحریک مشترک شامل موارد زیر است:

پمپاژ برق: با استفاده از جریان الکتریکی ، الکترون ها را در محیط افزایش هیجان زده کنید.

پمپاژ نوری: هیجان را با منبع نور (مانند لامپ فلش یا لیزر دیگر) هیجان زده کنید.

سیستم سطح انرژی: الکترون ها در محیط افزایش به طور معمول در سطح انرژی خاص توزیع می شوند. متداول ترین آنها هستندسیستم های دو سطحوتسیستم های چهار سطحیبشر در یک سیستم ساده دو سطح ، الکترون ها از حالت زمین به حالت هیجان زده منتقل می شوند و سپس از طریق انتشار تحریک به حالت زمین باز می گردند. در یک سیستم چهار سطح ، الکترون ها تحت انتقال پیچیده تر بین سطح انرژی مختلف قرار می گیرند ، که اغلب منجر به راندمان بالاتر می شود.

انواع رسانه سود:

متوسط ​​افزایش گاز: به عنوان مثال ، لیزرهای هلیوم نوئون (HE-NE). رسانه های افزایش گاز به دلیل خروجی پایدار و طول موج ثابت شناخته شده اند و به عنوان منابع نور استاندارد در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

متوسط ​​افزایش مایع: به عنوان مثال ، لیزرهای رنگ. مولکول های رنگ دارای خواص تحریک خوبی در طول موج های مختلف هستند و آنها را برای لیزرهای قابل تنظیم ایده آل می کنند.

متوسط ​​سود جامد: به عنوان مثال ، لیزرهای ND (Neodymium-doped yttrium yttrium). این لیزرها بسیار کارآمد و قدرتمند هستند و به طور گسترده در برش صنعتی ، جوشکاری و کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

نیمه هادی متوسط: به عنوان مثال ، مواد آرسنید گالیم (GAAS) به طور گسترده ای در دستگاه های ارتباطی و نوری مانند دیودهای لیزر مورد استفاده قرار می گیرند.

3. حفره طنین انداز

درحفره طنین اندازیک مؤلفه 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 بازتاب و تقویت آنها در داخل حفره است ، بنابراین یک خروجی لیزر قوی و متمرکز ایجاد می کند.

ساختار حفره طنین انداز: معمولاً از دو آینه موازی تشکیل شده است. یکی آینه کاملاً بازتابی است ، معروف بهآینه عقب، و دیگری یک آینه تا حدی بازتابنده است ، معروف بهآینه خروجیبشر فوتون ها به جلو و عقب در داخل حفره منعکس می شوند و از طریق تعامل با محیط افزایش تقویت می شوند.

وضعیت تشدید: طراحی حفره طنین انداز باید شرایط خاصی را برآورده کند ، از جمله اطمینان از اینکه فوتون ها امواج ایستاده در داخل حفره شکل می دهند. این امر به طول حفره نیاز دارد تا چند برابر از طول موج لیزر باشد. فقط امواج نوری که این شرایط را برآورده می کنند می توانند به طور مؤثر در داخل حفره تقویت شوند.

پرتو خروجی: آینه تا حدی بازتابنده اجازه می دهد بخشی از پرتو نور تقویت شده از آن عبور کند و پرتو خروجی لیزر را تشکیل دهد. این پرتو از جهت ، انسجام و تک رنگ بالا برخوردار است.

اگر می خواهید اطلاعات بیشتری کسب کنید یا به لیزرها علاقه مند هستید ، لطفاً با ما تماس بگیرید:

لومپوت

آدرس: ساختمان 4 #، شماره 99 Furong 3rd Road ، Xishan Dist. Wuxi ، 214000 ، چین

تلفن: + 86-0510 87381808.

موبایل: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

وب سایت: www.lumispot-tech.com