Принцип и приложение на лазера
Как работи лазерът
Лазерът е устройство, което излъчва лазерна светлина. Според работната среда лазерът може да бъде разделен на четири категории: газов лазер, твърд лазер, полупроводников лазер и багрилен лазер. Напоследък са разработени лазери със свободни електрони. Лазерите с висока мощност обикновено са с импулсен изход.
С изключение на лазерите със свободни електрони, основните принципи на работа на различните лазери са еднакви. Необходимото условие за генериране на лазерна светлина е, че инверсията и усилването на населението са по-големи от загубата, така че задължителните компоненти на устройството са източникът на възбуждане (или изпомпване) и работната среда с метастабилно енергийно ниво. Възбуждането е възбуждането на работната среда за възбуждане на възбуденото състояние, създавайки условия за постигане и поддържане на инверсията на населението. Стимулиращите методи включват оптично възбуждане, електрическо възбуждане, химично възбуждане и възбуждане на ядрена енергия.
Метастабилното енергийно ниво на работната среда е такова, че стимулираното лъчение доминира, като по този начин се постига оптично усилване. Общ компонент на лазера е резонансната кухина, но резонансната кухина (виж оптичната кухина) не е незаменим компонент. Резонансната кухина позволява на фотоните в кухината да имат постоянна честота, фаза и посока на движение, като по този начин позволява на лазера да има добра насоченост и кохерентност. Освен това, той може да скъси добре дължината на работното вещество и може също така да регулира режима на генерирания лазер чрез промяна на дължината на кухината (т.е. избор на режим), така че лазерът обикновено има резонансна кухина.
Три компонента на лазера
Първо, работното вещество
В основата на лазера само вещества, които могат да постигнат преходи на енергийно ниво, могат да се използват като работещи вещества за лазера.
Sвтора, стимулираща енергия
Неговата роля е да енергизира работното вещество, атомът се възбужда от ниското енергийно ниво към външната енергия на високото енергийно ниво. Обикновено има светлинна енергия, топлинна енергия, електрическа енергия, химическа енергия и така нататък.
Трето, ролята на оптичната кухина:
Първо, стимулираното излъчване на работното вещество се извършва непрекъснато;
Второто е постоянно ускоряване на фотона;
Третото е да се ограничи посоката на лазерния изход.
Най-простата оптична кухина се състои от две взаимно успоредни огледала, поставени в краищата на HeNe лазера. Когато някои деутериеви атоми преминават между две енергийни нива, които постигат инверсия на частиците и излъчват фотони, успоредни на посоката на лазера, тези фотони ще се отразяват напред-назад между двете огледала, като по този начин непрекъснато предизвикват стимулирано лъчение. Много бързо се произвежда много силен лазер.
Чистата светлина и стабилният спектър на лазера могат да бъдат приложени по много начини.
Рубинов лазер
Оригиналният лазер беше разтрит от ярка светкавична крушка и произведеният лазер беше" импулсен лазер" а не непрекъснато стабилен лъч. Качеството на светлината, произведена от този лазер, се различава съществено от лазера, произведен от лазерния диод, който използваме днес. Това интензивно излъчване на светлина, което трае само няколко наносекунди, е идеално за улавяне на обекти, които се движат лесно, като портрети на холографски портрети. Първият лазерен портрет е роден през 1967 г. Рубиновите лазери изискват скъпи рубини и могат да произвеждат само кратки изблици на светлина.
Хелиев лазер
През 1960 г. учените Али Джаван, Уилям Р. Бренет-младши и Доналд Хериот проектират HeNe лазера. Това е първият газов лазер, който често се използва при холографски фотографи.
Две предимства: 1. Производство на непрекъснат лазерен изход; 2. Няма нужда от крушка с светкавица за извършване на светлинно възбуждане, но използвайте газ за електрическо възбуждане.
Лазерен диод
Лазерният диод е един от най-често използваните лазери. Явлението на спонтанна рекомбинация на електрони и дупки от двете страни на PN прехода на диод се нарича спонтанно излъчване. Когато фотоните, генерирани от спонтанно излъчване, преминат през полупроводника, след като преминат през излъчените двойки електрон-дупка, те могат да бъдат развълнувани да се рекомбинират, за да произведат нови фотони, които карат възбудените носители да се рекомбинират и да излъчват нови фотони. Явлението се нарича стимулирано лъчение.
Ако инжекционният ток е достатъчно голям, се формира разпределение на носител, противоположно на състоянието на топлинно равновесие, т.е. броят на населението се обръща. Когато носителите в активния слой са в голям брой обрати, малко количество спонтанно генерирани фотони генерират индуктивно излъчване поради реципрочно отражение в двата края на резонансната кухина, което води до селективна обратна връзка на честотния селективен резонанс или печалба за определена честота. Когато коефициентът на усилване е по-голям от загубата на абсорбция, от PN кръстовището може да се излъчи кохерентна светлина с добра спектрална линия, лазерът. Изобретението на лазерни диоди дава възможност за бързо прилагане на лазерни приложения, различни видове сканиране на информация, оптична комуникация, лазерно отдалечаване, лазерен радар, лазерни дискове, лазерни указатели, колекции от супермаркети и т.н. .