Princíp a použitie laseru
Ako funguje laser
Laser je zariadenie, ktoré vyžaruje laserové svetlo. Podľa pracovného média možno laser rozdeliť do štyroch kategórií: plynový laser, pevný laser, polovodičový laser a laser na farbenie. Nedávno boli vyvinuté lasery s voľnými elektrónmi. Vysokovýkonné lasery majú zvyčajne pulzný výstup.
Okrem voľných elektrónových laserov sú základné pracovné princípy rôznych laserov rovnaké. Nevyhnutnou podmienkou pre generovanie laserového svetla je to, že populačná inverzia a zisk sú väčšie ako strata, takže nevyhnutnými súčasťami zariadenia sú zdroj excitácie (alebo čerpania) a pracovné médium s metastabilnou úrovňou energie. Excitácia je excitácia pracovného média na excitáciu excitovaného stavu, vytváranie podmienok na dosiahnutie a udržanie inverzie populácie. Medzi stimulačné metódy patrí optické budenie, elektrické budenie, chemické budenie a budenie jadrovou energiou.
Metastabilná energetická hladina pracovného média je taká, že dominuje stimulované žiarenie, čím sa dosahuje optické zosilnenie. Spoločnou súčasťou laseru je rezonančná dutina, rezonančná dutina (pozri optická dutina) však nie je nevyhnutnou súčasťou. Rezonančná dutina umožňuje, aby mali fotóny v dutine konzistentnú frekvenciu, fázu a smer pohybu, čo umožňuje laseru dobrú smernosť a súdržnosť. Okrem toho môže dobre skrátiť dĺžku pracovnej látky a môže tiež upraviť režim generovaného lasera zmenou dĺžky dutiny (tj. Výber režimu), takže laser má všeobecne rezonančnú dutinu.
Tri komponenty laseru
Po prvé, pracovná látka
V jadre lasera môžu byť ako pracovné látky pre laser použité iba látky, ktoré môžu dosiahnuť prechody energetickej hladiny.
Sdruhá, stimulačná energia
Jeho úlohou je dodávať energiu pracovnej látke, atóm sa vzrušuje z nízkej energetickej hladiny do vonkajšej vysokej energetickej hladiny. Zvyčajne existujú svetelná energia, tepelná energia, elektrická energia, chemická energia atď.
Po tretie, úloha optickej dutiny:
Najskôr sa nepretržite vykonáva stimulované žiarenie pracovnej látky;
Druhým je neustále urýchľovanie fotónu;
Treťou je obmedzenie smeru laserového výstupu.
Najjednoduchšia optická dutina pozostáva z dvoch vzájomne rovnobežných zrkadiel umiestnených na koncoch HeNe laseru. Keď niektoré atómy deutéria prechádzajú medzi dvoma energetickými úrovňami, ktoré dosahujú inverziu častíc, a emitujú fotóny rovnobežne so smerom laseru, budú sa tieto fotóny odrážať tam a späť medzi dvoma zrkadlami, čo neustále spôsobuje stimulované žiarenie. Veľmi rýchlo sa vyrobí veľmi silný laser.
Čisté svetlo a stabilné spektrum lasera sa dá použiť mnohými spôsobmi.
Rubínový laser
Pôvodný laser bol trený žiarivkou s bleskom a vyrobeným laserom bol&"; pulzný laser GG"; skôr ako nepretržite stabilný lúč. Kvalita svetla produkovaného týmto laserom sa podstatne líši od laseru produkovaného laserovou diódou, ktorú používame dnes. Táto intenzívna emisia svetla, ktorá trvá iba niekoľko nanosekúnd, je ideálna na snímanie objektov, ktoré sa dajú ľahko pohybovať, ako sú napríklad portréty holografických portrétov. Prvý laserový portrét sa narodil v roku 1967. Rubínové lasery vyžadujú drahé rubíny a dokážu vyprodukovať iba krátke záblesky svetla.
Hélium laser
V roku 1960 vedci Ali Javan, William R. Brennet Jr. a Donald Herriot navrhli laser HeNe. Toto je prvý plynový laser, ktorý sa bežne používa u holografických fotografov.
Dve výhody: 1. Produkujte nepretržitý laserový výstup; 2. Nie je potrebné, aby žiarovka vykonávala excitáciu svetla, ale použite elektrický budiaci plyn.
Laserová dióda
Laserová dióda je jedným z najbežnejšie používaných laserov. Fenomén spontánnej rekombinácie elektrónov a otvorov na oboch stranách spojenia PN diódy sa nazýva spontánna emisia. Keď fotóny generované spontánnou emisiou prechádzajú polovodičom, akonáhle prechádzajú cez emitované páry elektrón-diera, môžu byť vzrušené z rekombinácie na produkciu nových fotónov, ktoré indukujú excitované nosiče, aby sa rekombinovali a emitovali nové fotóny. Tento jav sa nazýva stimulované žiarenie.
Ak je vstrekovací prúd dostatočne veľký, vytvorí sa distribúcia nosiča oproti stavu tepelnej rovnováhy, to znamená, že počet obyvateľov sa obráti. Keď sú nosiče v aktívnej vrstve vo veľkom počte zvratov, malé množstvo spontánne generovaných fotónov generuje indukčné žiarenie v dôsledku vzájomného odrazu na oboch koncoch rezonančnej dutiny, čo vedie k selektívnej spätnej väzbe frekvenčne selektívnej rezonancie alebo k zisku pre určitá frekvencia. Keď je zisk väčší ako strata absorpcie, môže byť z PN spojenia vyžarované koherentné svetlo s dobrou spektrálnou čiarou, laserom. Vynález laserových diód umožňuje rýchle použitie laserových aplikácií, rôzne typy skenovania informácií, komunikáciu optickými vláknami, laserové meranie vzdialenosti, laserový radar, laserové disky, laserové ukazovátka, zbierky supermarketov atď. A neustále sa vyvíjajú a popularizujú rôzne aplikácie. .