Princip a aplikace laseru
Jak laser funguje
Laser je zařízení, které vyzařuje laserové světlo. Podle pracovního média lze laser rozdělit do čtyř kategorií: plynový laser, pevný laser, polovodičový laser a laser barviva. V poslední době byly vyvinuty volné elektronové lasery. Vysoce výkonné lasery jsou obvykle pulzní výstup.
S výjimkou volných elektronových laserů jsou základní pracovní principy různých laserů stejné. Nepostradatelnou podmínkou pro generování laserového světla je, že populační inverze a zisk jsou větší než ztráta, takže nepostradatelnými složkami zařízení jsou budicí (nebo čerpací) zdroj a pracovní médium s metastabilní úrovní energie. Buzení je buzení pracovního média, které vzrušuje vzrušený stav a vytváří podmínky pro dosažení a udržení inverze populace. Motivační metody zahrnují optické buzení, elektrické buzení, chemické buzení a buzení jaderné energie.
Metastabilní energetická hladina pracovního média je taková, že dominuje stimulované záření, čímž se dosáhne optického zesílení. Běžnou složkou laseru je rezonanční dutina, ale rezonanční dutina (viz optická dutina) není nepostradatelnou složkou. Rezonanční dutina umožňuje fotony v dutině mít konzistentní frekvenci, fázi a směr jízdy, což umožňuje laseru mít dobrou směrovost a soudržnost. Kromě toho může dobře zkrátit délku pracovní látky a může také upravit režim generovaného laseru změnou délky dutiny (tj. výběr režimu), takže laser má obecně rezonanční dutinu.
Tři složky laseru
Za prvé, pracovní látka
V jádru laseru mohou být jako pracovní látky pro laser použity pouze látky, které mohou dosáhnout přechodů energetické hladiny.
Second, pobídková energie
Jeho úkolem je povzbudit pracovní látku, atom je vzrušený z nízké energetické hladiny na vnější energii vysoké energetické hladiny. Obvykle existují světelná energie, tepelná energie, elektrická energie, chemická energie a tak dále.
Za třetí, role optické dutiny:
Za prvé, stimulované záření pracovní látky se provádí nepřetržitě;
Druhým je neustále zrychlovat foton;
Třetí je omezit směr výstupu laseru.
Nejjednodušší optická dutina se skládá ze dvou vzájemně paralelních zrcadel umístěných na koncích laseru HeNe. Když některé atomy deuteria přecházejí mezi dvěma energetickými hladinami, které dosahují inverze částic a vyzařují fotony rovnoběžné se směrem laseru, tyto fotony se odrazí tam a zpět mezi oběma zrcadly, čímž neustále způsobují stimulované záření. Velmi silný laser se vyrábí velmi rychle.
Čisté světlo a stabilní spektrum laseru lze aplikovat mnoha způsoby.
Rubínový laser
Původní laser byl třel jasným bleskem, a laser vyrábí byl "pulzní laser", spíše než nepřetržitě stabilní paprsek. Kvalita světla produkovaného tímto laserem se v podstatě liší od laserového laserového diody, kterou dnes používáme. Toto intenzivní světelné záření, které trvá jen několik nanosekund, je ideální pro zachycení objektů, které se snadno pohybují, jako jsou portréty holografických portrétů. První laserový portrét se narodil v roce 1967. Rubínové lasery vyžadují drahé rubíny a mohou produkovat pouze krátké záblesky světla.
Heliový laser
V roce 1960 vědci Ali Javan, William R. Brennet Jr. a Donald Herriot navrhli laser HeNe. Jedná se o první plynový laser, který se běžně používá v holografických fotografů.
Dvě výhody: 1. Vyrábět kontinuální laserový výstup; 2. Není třeba pro bleskové žárovky provádět lehké buzení, ale používat elektrický buzení plynu.
Laserová dioda
Laserová dioda je jedním z nejčastěji používaných laserů. Fenomén spontánní rekombinace elektronů a otvorů na obou stranách PN křižovatky diody se nazývá spontánní emise. Když fotony generované spontánními emisemi procházejí polovodičem, jakmile projdou vyzařovanými páry elektronových děr, mohou být nadšeni, že se rekombinují, aby vytvořily nové fotony, které indukují vzrušené nosiče, aby se znovu spojily a vyzařovaly nové fotony. Tento jev se nazývá stimulované záření.
Pokud je vstřikovací proud dostatečně velký, vytvoří se rozložení nosiče naproti tepelné rovnováze, to znamená, že číslo základního souboru je obráceno. Když jsou nosiče v aktivní vrstvě ve velkém počtu zvratů, malé množství spontánně generovaných fotonů vytváří indukční záření v důsledku vzájemnéreflexe na obou koncích rezonanční dutiny, což vede k selektivní zpětné vazbě frekvenční selektivní rezonance nebo k zesílení pro určitou frekvenci. Pokud je zisk větší než absorpční ztráta, může být z křižovatky PN vyzařováno koherentní světlo s dobrou spektrální čárou, laserem. Vynález laserových diod umožňuje rychlou aplikaci laserových aplikací, různé typy skenování informací, optické komunikace, laserový rozsah, laserový radar, laserové disky, laserová ukazovátka, sbírky supermarketů atd., a různé aplikace jsou neustále vyvíjeny a popularizovány.