Načelo i primjena lasera
Kako laser radi
Laser je uređaj koji emitira lasersku svjetlost. Prema radnom mediju laser se može podijeliti u četiri kategorije: plinski laser, čvrsti laser, poluvodički laser i laser za bojenje. Nedavno su razvijeni laseri sa slobodnim elektronima. Laseri velike snage obično imaju impulsni izlaz.
Osim lasera sa slobodnim elektronima, osnovni principi rada različitih lasera su isti. Neizostavni uvjet za generiranje laserskog svjetla je da su inverzija i dobitak populacije veći od gubitka, pa su neizostavni dijelovi uređaja izvor pobude (ili pumpanja) i radni medij s metastabilnom razinom energije. Uzbuda je pobuda radnog medija da pobudi pobuđeno stanje, stvarajući uvjete za postizanje i održavanje inverzije populacije. Metode poticaja uključuju optičko pobuđivanje, električno pobuđivanje, kemijsko pobuđivanje i pobuđivanje nuklearne energije.
Metastabilna razina energije radnog medija takva je da stimulirano zračenje dominira, čime se postiže optičko pojačanje. Uobičajena komponenta lasera je rezonantna šupljina, ali rezonantna šupljina (vidi optičku šupljinu) nije nezamjenjiva komponenta. Rezonantna šupljina omogućuje fotonima u šupljini dosljednu frekvenciju, fazu i smjer putovanja, što omogućava laseru dobru usmjerenost i koherentnost. Štoviše, može dobro skratiti 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 tvar
U srži lasera, samo se tvari koje mogu postići prijelaze razine energije mogu koristiti kao radne tvari za laser.
Sdrugo, poticajna energija
Njegova je uloga energiziranje radne tvari, atom se pobuđuje od niske razine energije do vanjske energije visoke razine energije. Obično postoje svjetlosna energija, toplinska energija, električna energija, kemijska energija i tako dalje.
Treće, uloga optičke šupljine:
Prvo, kontinuirano se izvodi stimulirano zračenje radne tvari;
Drugo je stalno ubrzavanje fotona;
Treće je ograničiti smjer laserskog izlaza.
Najjednostavnija optička šupljina sastoji se od dva međusobno paralelna zrcala smještena na krajevima HeNe lasera. Kad se neki atomi deuterija prelaze između dvije energetske razine koje postižu inverziju čestica i emitiraju fotone paralelno sa smjerom lasera, ti će se fotoni reflektirati naprijed-natrag između dva zrcala, što neprestano uzrokuje stimulirano zračenje. Vrlo brzo se proizvodi vrlo jak laser.
Čista svjetlost i stabilan spektar lasera mogu se primijeniti na mnogo načina.
Rubin laser
Izvorni laser trljao se jarkom bljeskalicom, a proizvedeni laser bio je" impulsni laser" nego kontinuirano stabilna zraka. Kvaliteta svjetlosti koju proizvodi ovaj laser bitno se razlikuje od lasera koji proizvodi laserska dioda koju danas koristimo. Ova intenzivna emisija svjetlosti, koja traje samo nekoliko nanosekundi, idealna je za hvatanje objekata koji se lako pokreću, poput portreta holografskih portreta. Prvi laserski portret rođen je 1967. Rubinski laseri zahtijevaju skupe rubine i mogu proizvesti samo kratke navale svjetlosti.
Helijev laser
1960. godine znanstvenici Ali Javan, William R. Brennet Jr. i Donald Herriot dizajnirali su HeNe laser. Ovo je prvi plinski laser koji se često koristi u holografskim fotografima.
Dvije prednosti: 1. Stvaranje kontinuiranog laserskog izlaza; 2. Nije potrebna žarulja s bljeskalicom za izvođenje svjetlosnog uzbuđenja, već upotrijebite plin za električno pobuđivanje.
Laserska dioda
Laserska dioda jedan je od najčešće korištenih lasera. Fenomen spontane rekombinacije elektrona i rupa s obje strane PN spoja diode naziva se spontana emisija. Kad fotoni generirani spontanom emisijom prođu kroz poluvodič, nakon što prođu kroz emitovane parove elektronske rupe, mogu se pobuditi da se rekombiniraju kako bi stvorili nove fotone, što pobuđuje pobuđene nosače da se rekombiniraju i emitiraju nove fotone. Pojava se naziva stimuliranim zračenjem.
Ako je injekcijska struja dovoljno velika, formira se raspodjela nosača suprotna stanju toplinske ravnoteže, odnosno broj stanovništva je obrnut. Kada su nosači u aktivnom sloju u velikom broju preokreta, mala količina spontano generiranih fotona generira induktivno zračenje zbog uzajamnog odbijanja na oba kraja rezonantne šupljine, što rezultira selektivnom povratnom spregom frekvencijsko selektivne rezonancije ili dobitkom za određena frekvencija. Kad je pojačanje veće od apsorpcijskog gubitka, iz PN spoja može se emitirati koherentna svjetlost s dobrom spektralnom linijom, laserom. Izum laserskih dioda omogućuje brzu primjenu laserskih aplikacija, različitih vrsta skeniranja podataka, optičke komunikacije, laserskog dometa, laserskog radara, laserskih diskova, laserskih pokazivača, kolekcija supermarketa itd., A razne se aplikacije kontinuirano razvijaju i populariziraju .