Hur lasern fungerar
Med undantag för fria elektronlasrar är de grundläggande arbetsprinciperna för olika lasrar desamma. Det oumbärliga villkoret för att generera laserljus är att inversionen och förstärkningen av befolkningen är större än förlusten, så de nödvändiga komponenterna i anordningen är excitations (eller pumpkällan) och arbetsmediet med den metastabila energinivån. Excitation är excitationen av arbetsmediet för att excitera det upphetsade tillståndet, vilket skapar förutsättningar för att uppnå och bibehålla populationsinversionen. Incitamentsmetoderna innefattar optisk excitation, elektrisk excitation, kemisk excitation och excitering av kärnkraft.
Den metastabila energinivån hos arbetsmediet är sådan att den stimulerade strålningen dominerar och därigenom uppnår optisk förstärkning. En vanlig komponent i en laser är en resonanshålighet, men resonanshålan (se optisk kavitet) är inte en oumbärlig komponent. Resonanshålan tillåter fotonerna i håligheten att ha en konsekvent frekvens, fas och färdriktning, så att lasern kan ha bra riktning och koherens. Dessutom kan det förkorta längden på arbetsämnet väl, och det kan också justera läget för den genererade lasern genom att ändra hålrummets längd (dvs lägesval), så att lasern i allmänhet har en resonanskavitet.
Lasern består i allmänhet av tre delar
1. Arbetsämne: Laserens kärna, bara det material som kan uppnå övergången på energinivå kan användas som lasers arbetsämne.
2, incitamentenergi: dess roll är att ge energi till arbetsämnet, atomen är upphetsad från låg energinivån till den höga energinivån för den externa energin. Vanligtvis finns det lätt energi, värmeenergi, elenergi, kemisk energi och så vidare.
3. Optisk resonanshålighet: Den första åtgärden är att kontinuerligt stärka den stimulerade strålningen av arbetssubstansen. den andra är att kontinuerligt påskynda foton; den tredje är att begränsa laserutgångens riktning. Den enklaste optiska kaviteten består av två inbördes parallella speglar placerade i ändarna av HeNe-lasern. När några deuteriumatomer övergår mellan två energinivåer som uppnår partikelinversion och avger fotoner parallella med laserns riktning, kommer dessa foton att reflektera fram och tillbaka mellan de två speglarna, vilket ständigt orsakar stimulerad strålning. En mycket stark laser produceras mycket snabbt.
Laserens rena ljus och stabila spektrum kan appliceras i många aspekter.
Ruby Laser: Den ursprungliga lasern var en rubin som blev upphetsad av en glödlampa. Den producerade lasern var en "pulserad laser" snarare än en kontinuerligt stabil stråle. Kvaliteten på ljuset som produceras av denna laser är väsentligen annorlunda än den laser som produceras av laserdioden som vi använder idag. Denna intensiva ljusutsläpp, som bara håller några nanosekunder, är idealisk för att fånga objekt som är lätta att flytta, till exempel porträtt av holografiska porträtt. Den första laserporträtten föddes 1967. Ruby lasrar kräver dyra rubiner och kan bara producera korta ljusstrålar.
Heliumlaser: 1960 forskarna Ali Javan, William R. Brennet Jr. och Donald Herriot designade HeNe-lasern. Detta är den första gaslasern som vanligen används i holografiska fotografer. Två fördelar: 1. Producera kontinuerlig laserutgång; 2. Inget behov av blixtlampa för att utföra lätt excitation, men använd elektrisk exciteringsgas.
Laserdioder: Laserdioder är en av de vanligaste lasrarna. Fenomenet spontant rekombination av elektroner och hål på båda sidor om PN-anslutningen av en diod kallas spontan emission. När fotona som genereras av spontan emission passerar genom halvledaren, när de passerar genom de emitterade elektronhålparen, kan de vara glada att rekombineras för att producera nya fotoner, vilket inducerar de upphetsade bärarna att rekombinera och avge nya fotoner. Fenomenet kallas stimulerad strålning.
Om injektionsströmmen är tillräckligt stor bildas en bärarfördelning som är motsatt värmejämviktstillståndet, det vill säga att befolkningsnumret är omvändt. När bärarna i det aktiva skiktet befinner sig i ett stort antal reverseringar genererar en liten mängd spontant genererade fotoner induktiv strålning på grund av ömsesidig reflektion i båda ändarna av resonanshålan, vilket resulterar i selektiv återkoppling av frekvensselektiv resonans eller vinst för en viss frekvens. När förstärkningen är större än absorptionsförlusten, kan ett koherent ljus med en bra spektralledning, lasern, emitteras från PN-klyftan. Uppfinningen av laserdioder möjliggör en snabb tillämpning av laserapplikationer, olika typer av informationssökning, fiberoptisk kommunikation, lasersträckning, laserradar, laserskivor, laserpekare, stormarknadssamlingar etc. och olika applikationer utvecklas kontinuerligt och populariseras .
