Princip i primjena lasera
Kako laser radi
Laser je uređaj koji odašilje lasersku svjetlost. Prema radnom mediju, laser se može podijeliti u četiri kategorije: plinski laser, čvrsti laser, poluvodički laser i laser za boje. Nedavno su razvijeni besplatni elektronski laseri. Laseri velike snage obično su sa impulsnim izlazom.
Osim za slobodne elektronske lasere, osnovni principi rada raznih lasera su isti. Nezaobilazni uvjet za stvaranje laserske svjetlosti je da su inverzija i dobitak stanovništva veći od gubitaka, pa su neizostavne komponente uređaja uzbudni (ili crpni) izvor i radni medij s metastabilnom razinom energije. Uzbuđenje je uzbuđenje radnog medija da pobuđuje uzbuđeno stanje, stvarajući uslove za postizanje i održavanje inverzije stanovništva. Poticajne metode uključuju optičko pobuđenje, električno uzbuđenje, hemijsko pobuđenje i uzbuđivanje nuklearne energije.
Metastabilni energetski nivo radnog medija je takav da dominira stimulirano zračenje, postigavajući tako optičko pojačanje. Uobičajena komponenta lasera je rezonantna šupljina, ali rezonantna šupljina (vidi optičku šupljinu) nije neophodna komponenta. Rezonantna šupljina omogućava da fotoni u šupljini imaju konzistentnu frekvenciju, fazu i smjer vožnje, omogućavajući tako laseru dobru usmjerenost i koherenciju. Štaviše, može dobro skratiti radnu duljinu radne tvari, a također može prilagoditi način generiranog lasera promjenom duljine šupljine (tj. Odabirom načina rada), tako da laser općenito ima rezonantnu šupljinu.
Tri komponente lasera
Prvo, radna supstanca
U jezgri lasera mogu se koristiti samo tvari koje mogu postići prijelaze energetske razine kao radne tvari za laser.
Sekon, poticajna energija
Njegova uloga je da pokrije radnu supstancu, a atom se uzbudi iz niske energetske razine u vanjsku energiju visokog energetskog nivoa. Obično postoje svetlosna energija, toplotna energija, električna energija, hemijska energija i tako dalje.
Treće, uloga optičke šupljine:
Prvo, kontinuirano se vrši stimulirano zračenje radne tvari;
Drugo je stalno ubrzavanje fotona;
Treće je ograničenje smjera laserskog izlaza.
Najjednostavnija optička šupljina sastoji se od dva međusobno paralelna ogledala postavljena na krajevima HeNe lasera. Kad neki atomi deuterijuma prijeđu između dva energetska nivoa koji postižu inverziju čestica i emitiraju fotone paralelno s pravcem lasera, ti će se fotoni reflektirati između dva zrcala naprijed i natrag, neprestano izazivajući stimulirano zračenje. Vrlo brzo se proizvodi jedan vrlo jak laser.
Čista svjetlost i stabilan spektar lasera može se primijeniti na više načina.
Rubinski laser
Originalni laser protrljao je sjajnom sijalicom, a proizvedeni laser je 0010010 "impulsni laser 0010010 "; a ne neprekidno stabilna greda. Kvaliteta svjetlosti koju proizvodi ovaj laser u osnovi se razlikuje od lasera koji proizvodi laserska dioda kakvu danas koristimo. Ova intenzivna emisija svjetlosti, koja traje samo nekoliko nanosekundi, idealna je za snimanje objekata koji se lako kreću, poput portreta holografskih portreta. Prvi laserski portret rođen je u 1967. Rubinski laseri zahtijevaju skupe rubine i mogu proizvesti samo kratke zrake svjetlosti.
Helijumski laser
U 1960 naučnici Ali Javan, William R. Brennet Jr. i Donald Herriot dizajnirali su HeNe laser. Ovo je prvi plinski laser koji se obično koristi u holografskim fotografima.
Dve prednosti: 1. Stvaranje kontinuiranog laserskog izlaza; 2. Nema potrebe za bljeskalicom da biste izvršili svjetlosno uzbuđenje, već koristite električni plin uzbude.
Laserska dioda
Laserska dioda jedan je od najčešće korištenih lasera. Fenomen spontane rekombinacije elektrona i rupa na obje strane PN spajanja diode naziva se spontana emisija. Kada fotoni nastali spontanom emisijom prođu kroz poluvodič, nakon što prođu kroz parove emitiranih elektrona-rupa, oni mogu biti uzbuđeni da se rekombiniraju kako bi proizveli nove fotone, koji natjeraju pobuđene nosače da rekombiniraju i emitiraju nove fotone. Pojava se naziva stimulisano zračenje.
Ako je injekcijska struja dovoljno velika, formira se raspodjela nosača suprotna stanju termičke ravnoteže, odnosno broj stanovništva se preokreće. Kada su nosači u aktivnom sloju u velikom broju preokreta, mala količina spontano generiranih fotona generira induktivno zračenje zbog recipročnog refleksije na oba kraja rezonantne šupljine, što rezultira selektivnom povratnom snagom frekvencijske selektivne rezonancije ili dobivanjem za određena frekvencija. Kad je pojačanje veće od gubitka apsorpcije, iz PN spajanja može se emitirati koherentna svjetlost s dobrom spektralnom linijom, laserom. Izum laserskih dioda omogućava brzu primjenu laserskih aplikacija, razne vrste skeniranja informacija, optička komunikacija, laserski domet, laserski radar, laserski diskovi, laserski pokazivači, kolekcije supermarketa itd., A različite se aplikacije kontinuirano razvijaju i populariziraju. .