Laseri põhimõte ja koostis

Laser on seade, mis suudab laserit kiirgata. Vastavalt töökeskkonnale võib laserid jagada nelja kategooriasse: gaaslaserid, tahked laserid, pooljuhtlaserid ja värvlaserid. Hiljuti on välja töötatud tasuta elektronlaserid. Suure võimsusega laserid on tavaliselt impulssidega. Väljund.

Laseri tööpõhimõte:
Välja arvatud tasuta elektronlaserid, on erinevate laserite põhiprintsiibid samad. Laserite genereerimise hädavajalikud tingimused on populatsiooni ümberpööramine ja võimendus suurem kui kadu, seega on seadme asendamatud komponendid ergastav (või pumpav) allikas ja töökeskkond, millel on metastabiilne energiatase. Erutus tähendab, et töökeskkond on pärast välise energia neelamist ergastatud olekusse, luues tingimused elanikkonna inversiooni realiseerimiseks ja säilitamiseks. Ergutusmeetodid hõlmavad optilist ergastust, elektrilist ergastust, keemilist ergastust ja tuumaenergia ergastamist.
Töökeskkonna metastabiilne energiatase paneb stimuleeritud kiirguse domineerima, realiseerides seeläbi optilise võimenduse. Laserite tavalisteks komponentideks on resonantsõõnsus, kuid resonantsõõnsus (vt optiline resonantsõõnsus) ei ole asendamatu komponent. Resonantsõõnsus võib muuta õõnsuses olevad footonid sama sageduse, faasi ja liikumissuunaga, nii et laseril on hea suund ja sidusus. Lisaks võib see hästi lühendada töömaterjali pikkust ja reguleerida ka genereeritud laseri režiimi, muutes resonantsõõne pikkust (st režiimi valimine), seega on laseritel üldiselt resonantsõõnsused.

Laser koosneb tavaliselt kolmest osast:
1. Tööaine: Laseri keskmes saab kasutada ainult seda ainet, mis suudab saavutada energiataseme ülemineku.
2. Turgutav energia: selle ülesanne on anda tööainele energiat ja ergutada aatomeid madala energiatasemega kõrge energiaga välisenergia tasemele. Tavaliselt võib olla valgusenergia, soojusenergia, elektrienergia, keemiline energia jne.
3. optilise resonantsi õõnsus: esimene ülesanne on panna tööaine stimuleeritud kiirgus pidevalt tööle; teine ​​on footonite pidev kiirendamine; kolmas on laserväljundi suuna piiramine. Lihtsaim optilise resonantsi õõnsus koosneb kahest paralleelsest peeglist, mis on paigutatud heelium-neoonlaseri mõlemasse otsa. Kui mõned neooniaatomid lähevad üle kahe energiataseme vahel, mis on saavutanud populatsiooni ümberpööramise, ja kiirgavad footoneid paralleelselt laseri suunaga, peegelduvad need footonid kahe peegli vahel edasi -tagasi, põhjustades seega pidevalt stimuleeritud kiirgust. Väga tugev laservalgus tekib väga kiiresti.

Laseri poolt eraldatava valguse kvaliteet on puhas ja spekter stabiilne, mida saab kasutada mitmel viisil:
Rubiinlaser: algne laser oli see, et rubiini ergastas eredalt vilkuv pirn ja toodetud laser oli pigem "impulsslaser" kui pidev ja stabiilne valgusvihk. Selle laseriga toodetud valguskiiruse kvaliteet erineb põhimõtteliselt laserist, mida toodab praegu kasutatav laserdiood. See intensiivne valgusemissioon, mis kestab vaid paar nanosekundit, sobib väga hästi hõlpsalt liikuvate objektide, näiteks inimeste holograafiliste portreede jäädvustamiseks. Esimene laserportree sündis aastal 1967. Rubiinlaserid nõuavad kallist rubiini ja suudavad toota ainult lühikesi valgusimpulsse.

He-Ne laser: 1960. aastal kavandasid teadlased Ali Javan, William R. Brennet Jr ja Donald Herriot He-Ne laseri. See on esimene gaaslaser. Seda tüüpi laserit kasutavad tavaliselt holograafilised fotograafid. Kaks eelist: 1. Pideva laserväljundi tootmine; 2. Ärge vajage valguse ergastamiseks välklampi, vaid kasutage elektrilist ergastusgaasi.

Laserdiood: laserdiood on üks levinumaid lasereid. Elektroonide ja aukude spontaanse rekombinatsiooni nähtust dioodi PN -ristmikul mõlemal küljel valguse kiirgamiseks nimetatakse spontaanseks emissiooniks. Kui spontaanse kiirguse tekitatud footon läbib pooljuhi, kui see läbib emiteeritud elektron-augu paari läheduse, võib see erutada neid kahte, et rekombineerida ja toota uusi footoneid. See footon indutseerib ergastatud kandjaid rekombineerima ja emiteerima uusi footoneid. Seda nähtust nimetatakse stimuleeritud emissiooniks.

Kui süstitav vool on piisavalt suur, moodustub termilise tasakaalu olekule vastupidine kandja jaotus, see tähendab populatsiooni ümberpööramine. Kui aktiivse kihi kandjad on suures koguses inversioone, tekitab väike kogus spontaanset kiirgust resonantsõõne kahe otsa vastassuunas peegeldumise tõttu indutseeritud kiirgust, mille tulemuseks on sagedusselektiivne resonants positiivne tagasiside või teatud sagedus. Kui võimendus on suurem kui neeldumiskaod, saab PN-ristmikust kiirgata koherentset valgust, millel on head spektrijooned-laservalgus. Laserdioodi leiutis võimaldab laserrakendusi kiiresti populariseerida. Pidevalt arendatakse ja populariseeritakse erinevat tüüpi teabe skaneerimist, optiliste kiudude sidumist, laseride kaugust, lidarit, laserkettaid, laservihikuid, supermarketite kogusid jne.