Zasada działania laserów opiera się na emisji wymuszonej, koncepcji zaproponowanej po raz pierwszy przez Einsteina na początku XX wieku. Główny proces przebiega następująco:
- Przejście elektronów: Atomy lub cząsteczki w ośrodku roboczym uzyskują energię pod wpływem źródła pompy (takiego jak energia elektryczna, energia świetlna itp.), przechodząc z niskiego poziomu energii na wysoki poziom energii, wchodząc w stan wzbudzony. Ponieważ wysoki poziom energii jest niestabilny, atomy lub cząsteczki spontanicznie przechodzą z powrotem na niski poziom energii, uwalniając przy tym fotony.
- Odbicie w komorze rezonansowej: Fotony te odbijają się tam i z powrotem wewnątrz wnęki rezonansowej, oddziałując z innymi atomami lub cząsteczkami w stanie wzbudzonym w ośrodku roboczym, wywołując bardziej stymulowaną emisję. Powoduje to gwałtowny wzrost liczby fotonów, w wyniku czego powstaje światło laserowe o dużej intensywności, wysoce monochromatyczne i niezwykle kierunkowe.
Laser składa się głównie z trzech części: czynnika roboczego, źródła pompy i wnęki rezonansowej.
- Medium robocze: Jest to podstawa generowania lasera. Składa się z ośrodka aktywnego umożliwiającego inwersję obsadzeń, takiego jak rubin, szkło neodymowe lub gazowy dwutlenek węgla.
- Źródło pompy: Dostarcza energię do czynnika roboczego, wywołując emisję wymuszoną. Typowe metody obejmują wzbudzenie elektryczne i wzbudzenie optyczne.
- Wnęka rezonansowa: Złożona z luster o całkowitym odbiciu wewnętrznym i zwierciadeł o częściowym odbiciu wewnętrznym, zapewnia sprzężenie zwrotne i środowisko oscylacyjne dla fotonów, umożliwiając im wielokrotne przemieszczanie się tam i z powrotem w obrębie wnęki, wzmacniając efekt wymuszonej emisji i ostatecznie tworząc moc lasera.
Główna różnica między laserami jednomodowymi i wielomodowymi polega na liczbie modów w wiązce wyjściowej.
- Laser jednomodowy: Obsługuje tylko jeden tryb propagacji światła. Ma wysoką jakość wiązki, dobrą kierunkowość i spójność, standardową okrągłą plamkę wiązki i mały kąt rozbieżności. Nadaje się do zastosowań wymagających dużej precyzji, takich jak interferometry laserowe i komunikacja światłowodowa.
- Laser wielomodowy: obsługuje wiele trybów propagacji światła. Ma duży kąt rozbieżności wiązki wyjściowej, złożony kształt wiązki i rozkład intensywności oraz krótszą długość koherencji, ale wysoką moc wyjściową. Nadaje się do mniej wymagających zastosowań, takich jak obróbka materiałów i oświetlenie laserowe.
Lasery nazywane są wiązkami Gaussa, ponieważ rozkład ich intensywności w przekroju poprzecznym jest w przybliżeniu zgodny z funkcją Gaussa, co oznacza, że intensywność jest wysoka w środku i stopniowo maleje w kierunku krawędzi, wykazując krzywą w kształcie dzwonu.
Ta charakterystyka rozkładu wynika z samoodtwarzalności lasera podczas jego formowania się we wnęce rezonansowej; nawet po dyfrakcji i propagacji jego rozkład intensywności zachowuje formę Gaussa. Wiązki Gaussa charakteryzują się doskonałą wydajnością ogniskowania i monochromatycznością, skutecznie redukując konkurencję modów i poprawiając jakość wiązki, dzięki czemu są szeroko stosowane w projektowaniu układów optycznych, obróbce laserowej i innych dziedzinach.
Klasyfikacja lasera Lasery można klasyfikować na wiele sposobów, jednym z nich jest podział na czynnik roboczy:
- Lasery na ciele stałym: jako medium robocze wykorzystują materiały stałe, takie jak lasery z granatem aluminiowym domieszkowanym neodymem (Nd:YAG). Lasery te mają zazwyczaj dużą moc wyjściową i dobrą stabilność i są szeroko stosowane w przetwórstwie przemysłowym, medycynie i badaniach naukowych.
- Lasery gazowe: jako medium robocze wykorzystują gazy, takie jak lasery helowo-neonowe (He-Ne) i lasery na dwutlenku węgla (CO2). Lasery gazowe mają szerokie zastosowanie w zakresie widma widzialnego i podczerwonego.
- Lasery cieczowe: znane również jako lasery barwnikowe. Jako medium robocze wykorzystują organiczne roztwory barwników. Możliwość przestrajania długości fali zapewnia im wyjątkowe zalety w badaniach naukowych i biomedycynie.
- Lasery półprzewodnikowe: jako medium robocze wykorzystują materiały półprzewodnikowe, takie jak diody laserowe. Lasery te oferują korzyści w zakresie miniaturyzacji i integracji i są szeroko stosowane w komunikacji optycznej, druku laserowym i innych dziedzinach.
- Lasery na swobodnych elektronach: jako medium robocze wykorzystują one wiązki swobodnych elektronów o dużej prędkości. Oferują szeroki zakres mocy wyjściowej i długości fal, dzięki czemu nadają się do fizyki wysokich energii i spektroskopii rentgenowskiej.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Moduły światłowodowe China, producenci laserów sprzężonych z włóknami, dostawcy komponentów laserowych Wszelkie prawa zastrzeżone.
