Laseri põhimõte ja kohaldamine
Kuidas laser töötab
Laser on seade, mis kiirgab laservalgust. Vastavalt töökeskkonna, laser võib jagada nelja kategooriasse: gaasi laser, tahke laser, pooljuht laser ja värvi laser. Hiljuti on välja töötatud tasuta elektronlaserid. Suure võimsusega laserid on tavaliselt impulss väljund.
Välja arvatud tasuta elektronlaserid, põhilised tööpõhimõtted erinevate laserid on samad. Laservalguse tekitamise vältimatu tingimus on see, et populatsiooni inversiooni ja kasu on suurem kui kaotus, nii et seadme asendamatud komponendid on ergutusallikas (või pumpamine) allikas ja töökeskkond metastabiilse energiatasemega. Ergutus on ergastamine töökeskmise ergaserutatud riik, luues tingimused saavutada ja säilitada elanikkonna inversiooni. Stimuleerivate meetodite hulka kuuluvad optiline ergutus, elektriline erutus, keemiline erutus ja tuumaenergia erutus.
Töökeskkonna metastabiilne energiatase on selline, et domineerib stimuleeritud kiirgus, saavutades seeläbi optilise võimendamise. Laseri ühine komponent on resonantsõõnt, kuid resonantsõõnt (vt optiline süvend) ei ole asendamatu komponent. Resonantsi õõnsus võimaldab õõnes asuvatel footonidel olla ühtlane sagedus, faas ja liikumissuund, võimaldades laseril olla hea suunalisus ja sidusus. Lisaks võib see lühendada tööaine pikkust hästi ja reguleerida ka loodud laseri režiimi, muutes süvendi pikkust (st režiimi valikut), nii et laseril on üldiselt resonantsõõnt.
Laseri kolm komponenti
Esiteks on tööaine
Laseri keskmes saab laseri tööainetena kasutada ainult aineid, mis suudavad saavutada energiataset üleminekuid.
Sstimuleerida energiat
Selle ülesanne on elavdada tööainet, aatom on põnevil madalast energiatasemest kuni kõrge energiataseme välise energiani. Tavaliselt on kerge energia, soojusenergia, elektrienergia, keemiline energia ja nii edasi.
Kolmandaks, optilise süvend:
Esiteks, stimuleeritud kiirguse tööaine pidevalt läbi;
Teine on pidevalt kiirendada footon;
Kolmas on piirata suunas laser väljund.
Lihtsaim optiline süvend koosneb kahest vastastikku paralleelsest peeglist, mis on asetatud HeNe laseri otstesse. Kui mõned deuteeriumi aatomid üleminek kahe energia taset, mis saavutavad osakeste inversiooni, ja paisata footonid paralleelselt suunas laser, need footonid peegeldavad edasi-tagasi kahe peeglivahel, põhjustades pidevalt stimuleeritud kiirgust. Väga tugev laser on toodetud väga kiiresti.
Laseri puhast valgust ja stabiilset spektrit saab rakendada mitmel viisil.
Ruby laser
Originaal laser oli hõõrutud ere flash pirn, ja laser toodetud oli "impulss laser" mitte pidevalt stabiilne tala. Selle laseriga toodetud valguse kvaliteet erineb sisuliselt laseri toodetud laserdioodist, mida me täna kasutame. See intensiivne valguskiirgus, mis kestab vaid paar nanosekundit, on ideaalne kergesti teisaldatavate esemete, näiteks holograafiliste portreede portreede hõivamiseks. Esimene laserportree sündis 1967. Ruby laserid nõuavad kalleid rubiine ja võivad toota ainult lühikesi valguspurskeid.
Heelium laser
Aastal 1960 teadlased Ali Javan, William R. Brennet Jr ja Donald Herriot projekteeritud HeNe laser. See on esimene gaasi laser, mida tavaliselt kasutatakse holograafiliste fotograafide.
Kaks eelist: 1. Toota pidev laser väljund; 2. Ei ole vaja flash pirn teha kerge ergutus, kuid kasutada elektriline ergutusgaasi.
Laserdiood
Laserdiood on üks kõige sagedamini kasutatavad laserid. Nähtus spontaanne recombination elektronid ja augud mõlemal pool PN ristmikul diood nimetatakse spontaanne emissioon. Kui spontaanse emissiooni tekitatud footonid läbivad pooljuht, kui nad läbivad kiirgavad elektroniaugu paarid, võivad nad olla põnevil, et taasühendada toota uusi footoneid, mis ajendavad põnevil vedajad uuesti ja paisata uusi footoneid. Seda nähtust nimetatakse stimuleeritud kiirguseks.
Kui sissepritsevool on piisavalt suur, moodustub soojustasakaalu olekule vastupidine kandja jaotus, st populatsiooni arv on ümber pööratud. Kui aktiivse kihi kandjad on suures koguses tagasipööramistes, tekitab väike kogus spontaanselt genereeritud footoneid induktiivset kiirgust resonantsõõne mõlemas otsas vastastikuse peegelduse tõttu, mille tulemuseks on selektiivne tagasiside sageduse selektiivse resonantsi kohta või teatud sagedusega. Kui kasu on suurem kui neeldumiskadu, saab PN-ristmikust kiirata ühtset valgust hea spektraaljoonega, laserit. Laserdioodide leiutamine võimaldab laserrakenduste kiiret rakendamist, erinevat tüüpi teabe skaneerimist, fiiberoptiliste sidet, laseride, laserradarite, laserketaste, laserkursorite, supermarketite kogude jne ning erinevaid rakendusi arendatakse ja populariseeritakse pidevalt.