Prenumerera på våra sociala medier för snabb post
Lasrar, en hörnsten i modern teknik, är lika fascinerande som de är komplexa. I deras hjärta ligger en symfoni av komponenter som arbetar i samförstånd för att producera sammanhängande, förstärkt ljus. Denna blogg fördjupar komplikationerna i dessa komponenter, som stöds av vetenskapliga principer och ekvationer, för att ge en djupare förståelse av laserteknik.
Avancerad insikt i lasersystemkomponenter: Ett tekniskt perspektiv för proffs
| Komponent | Fungera | Exempel |
| Få medium | Förstärkningsmediet är materialet i en laser som används för att förstärka ljus. Det underlättar ljusförstärkning genom processen för befolkningsinversion och stimulerad utsläpp. Valet av förstärkningsmedium bestämmer lasers strålningsegenskaper. | Lasrar med fast tillstånd: t.ex. ND: YAG (Neodymium-dopat yttrium aluminium granat), används i medicinska och industriella tillämpningar.Gaslasrar: t.ex. CO2 -lasrar, används för skärning och svetsning.Halvledarlasrar:EG, laserdioder, används i fiberoptikkommunikation och laserpekare. |
| Pumpkälla | Pumpkällan ger energi till förstärkningsmediet för att uppnå befolkningsinversion (energikällan för befolkningsinversion), vilket möjliggör laserdrift. | Optisk pumpning: Använda intensiva ljuskällor som flashlamps för att pumpa lasrar med fast tillstånd.Elektrisk pumpning: Spännande gasen i gaslasrar genom elektrisk ström.Halvledarpump: Använd laserdioder för att pumpa fast tillståndslasermedium. |
| Optisk hålrum | Den optiska kaviteten, bestående av två speglar, återspeglar ljus för att öka ljuslängden på ljuset i förstärkningsmediet och därmed förbättra ljusamplifiering. Det ger en återkopplingsmekanism för laseramplifiering, val av ljusets spektrala och rumsliga egenskaper. | Plana hålrum: Används i laboratorieforskning, enkel struktur.Koncavhålighet: Vanligt i industriella lasrar, tillhandahåller strålar av hög kvalitet. Ringhålrum: Används i specifika mönster av ringlasrar, som ringgaslasrar. |
Förstärkningsmediet: En nexus av kvantmekanik och optisk teknik
Kvantdynamik i förstärkningsmediet
Förstärkningsmediet är där den grundläggande processen för ljusförstärkning sker, ett fenomen som är djupt förankrat i kvantmekanik. Interaktionen mellan energitillstånd och partiklar inom mediet styrs av principerna för stimulerad utsläpp och befolkningsinversion. Det kritiska förhållandet mellan ljusintensiteten (I), den initiala intensiteten (i0), övergångskorsavsnittet (σ21) och partikelantalet vid de två energinivåerna (N2 och N1) beskrivs av ekvationen i = I0e^(σ21 (N2-N1) L). Att uppnå en befolkningsinversion, där N2> N1, är avgörande för amplifiering och är en hörnsten i laserfysik [1].
Tre-nivå kontra fyra nivåer system
I praktiska laserkonstruktioner används ofta tre-nivåer och fyra nivåer system. System på tre nivåer, även om de är enklare, kräver mer energi för att uppnå befolkningsinversion eftersom den lägre lasernivån är marktillståndet. Fyra-nivåsystem erbjuder å andra sidan en mer effektiv väg till befolkningsinversion på grund av det snabba icke-strålande förfallet från den högre energinivån, vilket gör dem mer utbredda i moderna laserapplikationer [2].
Is Erbiumdopat glasett förstärkningsmedium?
Ja, Erbium-dopat glas är verkligen en typ av förstärkningsmedium som används i lasersystem. I detta sammanhang hänvisar "doping" till processen att tillsätta en viss mängd erbiumjoner (er³⁺) till glaset. Erbium är ett sällsynt jordelement som, när det integreras i en glasvärd, effektivt kan förstärka ljus genom stimulerad emission, en grundläggande process i laseroperation.
Erbium-dopat glas är särskilt anmärkningsvärt för dess användning i fiberlasrar och fiberförstärkare, särskilt inom telekommunikationsindustrin. Det är väl lämpat för dessa applikationer eftersom det effektivt förstärker ljus vid våglängder runt 1550 nm, vilket är en nyckelvåglängd för optisk fiberkommunikation på grund av dess låga förlust i standardkiseldioxidfibrer.
Deerbiumjoner absorberar pumpljuset (ofta från enlaserdiod) och är glada över högre energitillstånd. När de återvänder till ett lägre energitillstånd avger de fotoner vid vingvåglängden och bidrar till laserprocessen. Detta gör Erbium-dopat glas till ett effektivt och allmänt använt förstärkningsmedium i olika laser- och förstärkarkonstruktioner.
Relaterade bloggar: Nyheter - Erbium -dopat glas: Science & Applications
Pumpmekanismer: drivkraften bakom lasrar
Olika tillvägagångssätt för att uppnå befolkningsinversion
Valet av pumpmekanism är avgörande i laserdesign, vilket påverkar allt från effektivitet till utgångsvåglängd. Optisk pumpning, med externa ljuskällor som flashlamps eller andra lasrar, är vanligt i solid-tillstånd och färgämne. Elektriska urladdningsmetoder används vanligtvis i gaslasrar, medan halvledarlasrar ofta använder elektroninjektion. Effektiviteten hos dessa pumpmekanismer, särskilt i diodpumpade solid-tillståndslasrar, har varit ett betydande fokus för ny forskning, vilket erbjuder högre effektivitet och kompakthet [3].
Tekniska överväganden vid pumpeffektivitet
Pumpprocessens effektivitet är en kritisk aspekt av laserdesign, vilket påverkar den totala prestandan och applikationens lämplighet. I lasrar med fast tillstånd kan valet mellan flashlampor och laserdioder som pumpkälla påverka systemets effektivitet, termisk belastning och strålkvalitet. Utvecklingen av högeffekt, högeffektiv laserdioder har revolutionerat DPSS-lasersystem, vilket möjliggör mer kompakta och effektiva mönster [4].
Det optiska hålrummet: konstruera laserstrålen
Kavitetsdesign: En balansering av fysik och teknik
Den optiska kaviteten, eller resonator, är inte bara en passiv komponent utan en aktiv deltagare i att utforma laserstrålen. Kavitetens utformning, inklusive speglarnas krökning och inriktning, spelar en avgörande roll för att bestämma stabilitet, lägesstruktur och utgång från lasern. Kaviteten måste utformas för att förbättra den optiska förstärkningen samtidigt som du minimerar förluster, en utmaning som kombinerar optisk teknik med vågoptik5.
Svängningsförhållanden och val av läge
För att lasersvängning ska ske måste förstärkningen som tillhandahålls av mediet överstiga förlusterna inom kaviteten. Detta tillstånd, i kombination med kravet på sammanhängande vågsuperposition, dikterar att endast vissa longitudinella lägen stöds. Lägeavståndet och den övergripande lägesstrukturen påverkas av kavitetens fysiska längd och brytningsindexet för förstärkningsmediet [6].
Slutsats
Utformningen och driften av lasersystem omfattar ett brett spektrum av fysik och tekniska principer. Från kvantmekaniken som styr förstärkningsmediet till den komplicerade konstruktionen av den optiska kaviteten spelar varje komponent i ett lasersystem en viktig roll i dess övergripande funktionalitet. Den här artikeln har gett en inblick i den komplexa världen av laserteknologi och erbjuder insikter som resonerar med den avancerade förståelsen för professorer och optiska ingenjörer inom området.
Referenser
- 1. Siegman, AE (1986). Lasrar. University Science Books.
- 2. Svelto, O. (2010). Principer för lasrar. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Laserteknik för fast tillstånd. Springer.
- 4. Piper, JA, & MILDREN, RP (2014). Diode pumpade solida tillståndslasrar. I Handbook of Laser Technology and Applications (vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Laserfysik. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Laser Fundamentals. Cambridge University Press.
Posttid: november-27-2023