Princip og anvendelse af laser
Sådan fungerer laseren
En laser er en enhed, der udsender laserlys. Ifølge arbejdsmediet kan laseren opdeles i fire kategorier: gaslaser, solid laser, halvlederlaser og farvelaser. For nylig er der blevet udviklet gratis elektronlasere. Højeffektive lasere er normalt pulserende output.
Bortset fra gratis elektronlasere er de grundlæggende arbejdsprincipper for forskellige lasere de samme. Den uundværlige betingelse for generering af laserlys er, at befolkningens inversion og forstærkning er større end tabet, så de uundværlige komponenter i enheden er excitationskilden (eller pumpningskilden) og arbejdsmediet med det metastabile energiniveau. Excitation er excitationen af arbejdsmediet for at ophidse den ophidsede tilstand, hvilket skaber betingelser for at opnå og opretholde befolkningsinversionen. Incitamentsmetoderne inkluderer optisk excitation, elektrisk excitation, kemisk excitation og kernenergi excitation.
Arbejdsmediets metastabile energiniveau er sådan, at den stimulerede stråling dominerer og derved opnår optisk forstærkning. En almindelig komponent i en laser er et resonanshulrum, men resonanshulrummet (se optisk hulrum) er ikke en uundværlig komponent. Resonanshulrummet tillader fotoner i hulrummet at have en ensartet frekvens, fase og kørselsretning, hvorved laseren får god retningsbestemmelse og kohærens. Desuden kan det forkorte arbejdssubstanslængden godt og kan også justere tilstanden for den genererede laser ved at ændre længden af hulrummet (dvs. valg af tilstand), så laseren generelt har et resonanshulrum.
Tre komponenter i laseren
For det første arbejdssubstansen
I kernen af laseren kan kun stoffer, der kan opnå energiniveauovergange, bruges som arbejdsstoffer til laseren.
Søko, incitament energi
Dens rolle er at aktivere det aktive stof, atomet er ophidset fra det lave energiniveau til det eksterne energi på det høje energiniveau. Normalt er der lysenergi, termisk energi, elektrisk energi, kemisk energi og så videre.
For det tredje rolle optisk hulrum:
For det første udføres den stimulerede stråling af arbejdssubstansen kontinuerligt;
Det andet er at konstant fremskynde fotonet;
Den tredje er at begrænse retningen af laserudgangen.
Det enkleste optiske hulrum består af to indbyrdes parallelle spejle placeret i enderne af HeNe-laseren. Når nogle deuteriumatomer skifter mellem to energiniveauer, der opnår partikelinversion, og udsender fotoner parallelt med laserens retning, reflekterer disse fotoner frem og tilbage mellem de to spejle og forårsager således konstant stimuleret stråling. En meget stærk laser produceres meget hurtigt.
Det rene lys og det stabile spektrum af laseren kan anvendes på mange måder.
Ruby laser
Den originale laser blev gnides af en lys flash-pære, og den producerede laser var en&"; pulserende laser GG"; snarere end en kontinuerligt stabil stråle. Kvaliteten af det lys, der produceres af denne laser, er i det væsentlige forskellig fra den laser, der produceres af den laserdiode, vi bruger i dag. Denne intense lysemission, der kun varer et par nanosekunder, er ideel til at fange objekter, der er lette at flytte, såsom portrætter af holografiske portrætter. Det første laserportræt blev født i 1967. Ruby-lasere kræver dyre rubiner og kan kun producere korte lysstråler.
Helium laser
I 1960 designede forskerne Ali Javan, William R. Brennet Jr. og Donald Herriot HeNe-laseren. Dette er den første gaslaser, der ofte bruges i holografiske fotografer.
To fordele: 1. Producer kontinuerlig laseroutput; 2. Intet behov for flashpære til at udføre lys excitation, men brug elektrisk excitationsgas.
Laserdiode
Laserdiode er en af de mest anvendte lasere. Fænomenet spontan rekombination af elektroner og huller på begge sider af PN-krydset af en diode kaldes spontan emission. Når fotoner, der genereres af spontan emission, passerer gennem halvlederen, når de passerer gennem de udsendte elektronhulpar, kan de blive begejstrede for at rekombinere for at producere nye fotoner, som får de ophidsede bærere til at rekombineres og udsender nye fotoner. Fænomenet kaldes stimuleret stråling.
Hvis injektionsstrømmen er stor nok, dannes en bærerfordeling modsat den termiske ligevægtstilstand, dvs. populationsnummeret vendes. Når bærerne i det aktive lag er i et stort antal vendinger, genererer en lille mængde spontant genererede fotoner induktiv stråling på grund af gensidig refleksion i begge ender af resonanshulen, hvilket resulterer i selektiv feedback af den frekvensselektive resonans eller forstærkning for en bestemt frekvens. Når forstærkningen er større end absorptionstabet, kan et sammenhængende lys med en god spektral linje, laseren, udsendes fra PN-krydset. Opfindelsen af laserdioder muliggør hurtig anvendelse af laserapplikationer, forskellige typer informationsscanning, fiberoptisk kommunikation, laserafstand, laserradar, laserskiver, laserpegere, supermarkedssamlinger osv., Og forskellige applikationer udvikles og populariseres løbende .