Введение в типы, использование и принципы работы лазеров

Тип использования

Чистое качество и стабильный спектр света, излучаемого лазерами, можно применять по-разному.

Рубиновый лазер: оригинальный лазер представлял собой рубин, который возбуждался яркой импульсной лампой, а полученный лазер был «импульсным лазером», а не непрерывным и стабильным лучом. Качество скорости света, производимого этим лазером, принципиально отличается от лазера, создаваемого лазерными диодами, которые мы используем. Это интенсивное световое излучение, длящееся всего несколько наносекунд, идеально подходит для съемки легко движущихся объектов, таких как голографические портреты людей. Первый лазерный портрет появился на свет в 1967 году. Рубиновые лазеры требуют дорогих рубинов и производят лишь короткие световые импульсы.

Гелий-неоновый лазер: в 1960 году ученые Али Джаван, Уильям Р. Бреннет-младший и Дональд Херриот разработали гелий-неоновый лазер. Это был первый газовый лазер, тип оборудования, обычно используемый голографическими фотографами. Два преимущества: 1. Генерируется непрерывный выходной сигнал лазера; 2. Для возбуждения света не нужна лампа-вспышка, а газ возбуждается электричеством.

Лазерный диод: Лазерный диод является одним из наиболее часто используемых лазеров в настоящее время. Явление спонтанной рекомбинации электронов и дырок по обе стороны PN-перехода диода для излучения света называется спонтанным излучением. Когда фотоны, генерируемые спонтанным излучением, проходят через полупроводник, как только они проходят рядом с испускаемыми электронно-дырочными парами, их можно стимулировать к рекомбинации с образованием новых фотонов, которые вызывают рекомбинацию возбужденных носителей с испусканием новых фотонов. Явление называется стимулированным. эмиссия. Если ток инжекции достаточно велик, то будет формироваться распределение носителей, противоположное состоянию теплового равновесия, т. е. происходит реверсирование заселенности частиц. Когда большое количество несущих в активном слое реверсировано, небольшое количество фотонов, генерируемых спонтанным излучением, будет генерировать индуцированное излучение из-за взаимного отражения на обоих концах резонатора, что приводит к положительной обратной связи частотно-избирательного резонанса или усилению для определенной частоты. Когда усиление превышает потери на поглощение, из PN-перехода — лазера может излучаться когерентный свет с хорошими спектральными линиями. Изобретение лазерных диодов сделало лазерные приложения быстро популярными, и различные приложения, такие как сканирование информации, волоконно-оптическая связь, лазерная локация, лазерный радар, лазерные диски, лазерные указки, сбор платежей в супермаркетах и ​​т. д., постоянно развиваются и популяризируются. или усиление для определенной частоты. Когда усиление превышает потери на поглощение, из PN-перехода — лазера может излучаться когерентный свет с хорошими спектральными линиями. Изобретение лазерных диодов сделало лазерные приложения быстро популярными, и различные приложения, такие как сканирование информации, волоконно-оптическая связь, лазерная локация, лазерный радар, лазерные диски, лазерные указки, сбор платежей в супермаркетах и ​​т. д., постоянно развиваются и популяризируются. или усиление для определенной частоты. Когда усиление превышает потери на поглощение, из PN-перехода — лазера может излучаться когерентный свет с хорошими спектральными линиями. Изобретение лазерных диодов сделало лазерные приложения быстро популярными, и различные приложения, такие как сканирование информации, волоконно-оптическая связь, лазерная локация, лазерный радар, лазерные диски, лазерные указки, сбор платежей в супермаркетах и ​​т. д., постоянно развиваются и популяризируются.

Принцип введения

За исключением лазера на свободных электронах, основной принцип работы всех видов лазеров одинаков. Обязательными условиями генерации лазера являются инверсия числа частиц и превышение выигрыша над потерями, поэтому обязательными компонентами устройства являются источник возбуждения (или накачки) и рабочая среда с метастабильным уровнем энергии. Возбуждение – это приведение рабочей среды в возбужденное состояние после поглощения внешней энергии, создающее условия для реализации и поддержания инверсии населенностей частиц. Методы возбуждения включают оптическое возбуждение, электрическое возбуждение, химическое возбуждение и возбуждение ядерной энергией. Метастабильный энергетический уровень рабочей среды делает вынужденное излучение доминирующим, тем самым реализуя усиление света. Общим элементом лазера является резонатор. но резонатор (см. оптический резонатор) не является существенной частью. Резонатор может заставить фотоны в резонаторе иметь постоянную частоту, фазу и направление движения, так что лазер имеет хорошую направленность и когерентность. Кроме того, он может очень хорошо сократить длину рабочего тела, а также может регулировать режим генерируемого лазерного излучения путем изменения длины резонатора (то есть выбора режима), поэтому обычно лазеры имеют резонатор.

Лазерное рабочее вещество

Относится к системе материалов, используемой для достижения инверсии числа частиц и усиления стимулированного излучения света, иногда также называемой лазерной усиливающей средой, они могут быть твердыми (кристалл, стекло), газом (атомарный газ, ионный газ, молекулярный газ), полупроводниками и жидкостями. и другие СМИ. Основным требованием к рабочему телу лазера является максимально возможное достижение большой степени инверсии населенностей между удельными энергетическими уровнями его рабочих частиц и поддержание этой инверсии как можно более эффективной в течение всего процесса лазерного излучения; По этой причине рабочее вещество должно иметь подходящую структуру энергетических уровней и переходные характеристики.

Система поощрительной прокачки

Относится к механизму или устройству, которое обеспечивает источник энергии для реализации и поддержания инверсии числа частиц рабочего вещества лазера. В зависимости от рабочего вещества и условий работы лазера могут быть приняты различные методы возбуждения и устройства возбуждения, и следующие четыре являются общими. ① Оптическое возбуждение (оптическая накачка). Он использует свет, излучаемый внешним источником света, для облучения рабочего вещества для достижения инверсии числа частиц. Все устройство возбуждения обычно состоит из газоразрядного источника света (например, ксеноновой лампы, криптоновой лампы) и концентратора. Этот метод возбуждения также называется ламповой накачкой. ②Газоразрядное возбуждение. Процесс газоразряда в газовом рабочем веществе используется для реализации инверсии числа частиц, и все устройство возбуждения обычно состоит из разрядного электрода и источника питания разряда. ③ химические стимулы. Инверсия числа частиц достигается с помощью процесса химической реакции, происходящей внутри рабочего вещества, и обычно требует соответствующих химических реагентов и соответствующих инициирующих мер. ④ стимулы ядерной энергии. Он использует осколки деления, высокоэнергетические частицы или излучение, возникающее в результате малых ядерных реакций деления, чтобы возбудить рабочий материал и реализовать инверсию числа частиц. и обычно требует соответствующих химических реагентов и соответствующих инициирующих мер. ④ стимулы ядерной энергии. Он использует осколки деления, высокоэнергетические частицы или излучение, возникающее в результате малых ядерных реакций деления, чтобы возбудить рабочий материал и реализовать инверсию числа частиц. и обычно требует соответствующих химических реагентов и соответствующих инициирующих мер. ④ стимулы ядерной энергии. Он использует осколки деления, высокоэнергетические частицы или излучение, возникающее в результате малых ядерных реакций деления, чтобы возбудить рабочий материал и реализовать инверсию числа частиц.

Оптический резонатор

Обычно он состоит из двух зеркал определенной геометрической формы и оптических характеристик отражения, объединенных определенным образом. Функции заключаются в следующем: ① Обеспечение возможности оптической обратной связи, так что фотоны стимулированного излучения многократно перемещаются в резонаторе туда и обратно, образуя когерентные непрерывные колебания. ② Ограничьте направление и частоту возвратно-поступательного колебательного луча в резонаторе, чтобы гарантировать, что выходной лазер имеет определенную направленность и монохроматичность. Эффект резонатора ① определяется геометрической формой (радиус кривизны отражающей поверхности) и относительным сочетанием двух зеркал, которые обычно составляют резонатор;