Αρχή και εφαρμογή του λέιζερ
Πώς λειτουργεί το λέιζερ
Το λέιζερ είναι μια συσκευή που εκπέμπει φως λέιζερ. Σύμφωνα με το μέσο εργασίας, το λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις κατηγορίες: λέιζερ αερίου, στερεό λέιζερ, λέιζερ ημιαγωγών και λέιζερ βαφής. Πρόσφατα, αναπτύχθηκαν λέιζερ δωρεάν ηλεκτρονίων. Τα λέιζερ υψηλής ισχύος είναι συνήθως παλμικά αποτελέσματα.
Εκτός από τα δωρεάν λέιζερ ηλεκτρονίων, οι βασικές αρχές λειτουργίας διαφόρων λέιζερ είναι οι ίδιες. Η απαραίτητη προϋπόθεση για την παραγωγή φωτός λέιζερ είναι ότι η αντιστροφή του πληθυσμού και το κέρδος είναι μεγαλύτερα από την απώλεια, επομένως τα απαραίτητα συστατικά της συσκευής είναι η πηγή διέγερσης (ή άντλησης) και το μέσο εργασίας με το επίπεδο της μεταστατικής ενέργειας. Η διέγερση είναι η διέγερση του μέσου εργασίας για να διεγείρει την ενθουσιασμένη κατάσταση, δημιουργώντας συνθήκες για την επίτευξη και τη διατήρηση της αναστροφής του πληθυσμού. Οι μέθοδοι κινήτρων περιλαμβάνουν οπτική διέγερση, ηλεκτρική διέγερση, χημική διέγερση και διέγερση πυρηνικής ενέργειας.
Το επίπεδο μεταστατικής ενέργειας του μέσου εργασίας είναι τέτοιο που κυριαρχεί η διεγερμένη ακτινοβολία, επιτυγχάνοντας έτσι οπτική ενίσχυση. Ένα κοινό συστατικό ενός λέιζερ είναι μια συντονισμένη κοιλότητα, αλλά η συντονισμένη κοιλότητα (βλέπε οπτική κοιλότητα) δεν είναι απαραίτητο συστατικό. Η συντονισμένη κοιλότητα επιτρέπει στα φωτόνια στην κοιλότητα να έχουν σταθερή συχνότητα, φάση και κατεύθυνση διαδρομής, επιτρέποντας έτσι στο λέιζερ να έχει καλή κατεύθυνση και συνοχή. Επιπλέον, μπορεί να μειώσει καλά το μήκος της ουσίας εργασίας και μπορεί επίσης να προσαρμόσει τον τρόπο λειτουργίας του παραγόμενου λέιζερ αλλάζοντας το μήκος της κοιλότητας (δηλαδή, επιλογή τρόπου λειτουργίας), έτσι το λέιζερ γενικά έχει μια συντονισμένη κοιλότητα.
Τρία συστατικά του λέιζερ
Πρώτον, η ουσία εργασίας
Στον πυρήνα του λέιζερ, μόνο ουσίες που μπορούν να επιτύχουν μεταβάσεις ενεργειακού επιπέδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ουσίες εργασίας για το λέιζερ.
Second, ενέργεια κινήτρου
Ο ρόλος του είναι να ενεργοποιεί την ουσία εργασίας, το άτομο είναι ενθουσιασμένο από το χαμηλό επίπεδο ενέργειας έως την εξωτερική ενέργεια του υψηλού ενεργειακού επιπέδου. Συνήθως υπάρχουν ελαφριά ενέργεια, θερμική ενέργεια, ηλεκτρική ενέργεια, χημική ενέργεια και ούτω καθεξής.
Τρίτον, ο ρόλος της οπτικής κοιλότητας:
Πρώτον, εκτελείται συνεχώς η διεγερμένη ακτινοβολία της εργασίας.
Το δεύτερο είναι να επιταχύνει συνεχώς το φωτονίο.
Το τρίτο είναι να περιορίσουμε την κατεύθυνση της εξόδου λέιζερ.
Η απλούστερη οπτική κοιλότητα αποτελείται από δύο παράλληλους καθρέπτες τοποθετημένους στα άκρα του λέιζερ HeNe. Όταν κάποια άτομα δευτερίου μεταβαίνουν μεταξύ δύο επιπέδων ενέργειας που επιτυγχάνουν αντιστροφή σωματιδίων και εκπέμπουν φωτόνια παράλληλα προς την κατεύθυνση του λέιζερ, αυτά τα φωτόνια θα αντανακλούν μπρος-πίσω μεταξύ των δύο καθρεπτών, προκαλώντας έτσι συνεχώς διεγερμένη ακτινοβολία. Ένα πολύ δυνατό λέιζερ παράγεται πολύ γρήγορα.
Το καθαρό φως και το σταθερό φάσμα του λέιζερ μπορούν να εφαρμοστούν με πολλούς τρόπους.
Ρουμπίνι λέιζερ
Το αρχικό λέιζερ τρίβεται από έναν λαμπρό λαμπτήρα φλας και το λέιζερ που παράγεται ήταν ένα&«παλμικό λέιζερ GG». παρά μια σταθερά σταθερή δέσμη. Η ποιότητα του φωτός που παράγεται από αυτό το λέιζερ είναι ουσιαστικά διαφορετική από το λέιζερ που παράγεται από τη δίοδο λέιζερ που χρησιμοποιούμε σήμερα. Αυτή η έντονη εκπομπή φωτός, η οποία διαρκεί μόνο μερικά νανοδευτερόλεπτα, είναι ιδανική για τη λήψη αντικειμένων που είναι εύκολο να μετακινηθούν, όπως πορτρέτα ολογραφικών πορτρέτων. Το πρώτο πορτραίτο λέιζερ γεννήθηκε το 1967. Τα ρουμπίνια λέιζερ απαιτούν ακριβά ρουμπίνια και μπορούν να παράγουν μόνο μικρές εκρήξεις φωτός.
Λέιζερ ηλίου
Το 1960 οι επιστήμονες Ali Javan, William R. Brennet Jr. και Donald Herriot σχεδίασαν το λέιζερ HeNe. Αυτό είναι το πρώτο λέιζερ αερίου που χρησιμοποιείται συνήθως σε ολογραφικούς φωτογράφους.
Δύο πλεονεκτήματα: 1. Παραγωγή συνεχούς παραγωγής λέιζερ. 2. Δεν χρειάζεται λάμπα φλας να εκτελεί ελαφριά διέγερση, αλλά χρησιμοποιείτε ηλεκτρικό αέριο διέγερσης.
Δίοδος λέιζερ
Η δίοδος λέιζερ είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα λέιζερ. Το φαινόμενο του αυθόρμητου ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων και οπών και στις δύο πλευρές της σύνδεσης PN μιας διόδου ονομάζεται αυτόματη εκπομπή. Όταν τα φωτόνια που δημιουργούνται από την αυθόρμητη εκπομπή διέρχονται από τον ημιαγωγό, μόλις περάσουν από τα ζεύγη εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων-οπών, μπορούν να ενθουσιαστούν να ανασυνδυαστούν για να παράγουν νέα φωτόνια, τα οποία ωθούν τους ενθουσιασμένους φορείς να ανασυνδυαστούν και να εκπέμπουν νέα φωτόνια. Το φαινόμενο ονομάζεται διεγερμένη ακτινοβολία.
Εάν το ρεύμα έγχυσης είναι αρκετά μεγάλο, σχηματίζεται μια κατανομή φορέα απέναντι από την κατάσταση θερμικής ισορροπίας, δηλαδή ο αριθμός πληθυσμού αντιστρέφεται. Όταν οι φορείς στο ενεργό στρώμα βρίσκονται σε μεγάλο αριθμό αντιστροφών, μια μικρή ποσότητα αυθόρμητων φωτονίων δημιουργεί επαγωγική ακτινοβολία λόγω της αμοιβαίας ανάκλασης και στα δύο άκρα της συντονισμένης κοιλότητας, με αποτέλεσμα επιλεκτική ανάδραση του επιλεκτικού συντονισμού συχνότητας ή κέρδος για μια συγκεκριμένη συχνότητα. Όταν το κέρδος είναι μεγαλύτερο από την απώλεια απορρόφησης, ένα συνεκτικό φως με καλή φασματική γραμμή, το λέιζερ, μπορεί να εκπέμπεται από τη σύνδεση PN. Η εφεύρεση των διόδων λέιζερ επιτρέπει την ταχεία εφαρμογή εφαρμογών λέιζερ, διάφορους τύπους σάρωσης πληροφοριών, επικοινωνία οπτικών ινών, εύρος λέιζερ, ραντάρ λέιζερ, δίσκους λέιζερ, δείκτες λέιζερ, συλλογές σούπερ μάρκετ κ.λπ. και διάφορες εφαρμογές αναπτύσσονται συνεχώς και διαδίδονται .