Principiul și aplicarea laserului
Cum funcționează laserul
Un laser este un dispozitiv care emite lumină laser. În funcție de mediul de lucru, laserul poate fi împărțit în patru categorii: laser cu gaz, laser solid, laser semiconductor și laser colorant. Recent, au fost dezvoltate lasere electronice gratuite. Lasere de mare putere sunt de obicei de ieșire pulsată.
Cu excepția laserelor electronice gratuite, principiile de bază ale diferitelor lasere sunt aceleași. Condiția indispensabilă pentru generarea luminii laser este ca inversarea populației și câștigul să fie mai mari decât pierderea, astfel încât componentele indispensabile ale dispozitivului sunt sursa de excitație (sau pompare) și mediul de lucru cu nivelul de energie metastabil. Excitația este excitația mediului de lucru pentru a excita starea excitată, creând condiții pentru realizarea și menținerea inversării populației. Metodele de stimulare includ excitația optică, excitația electrică, excitația chimică și excitația energiei nucleare.
Nivelul de energie metastabil al mediului de lucru este astfel încât radiația stimulată domină, obținându-se astfel amplificarea optică. O componentă obișnuită a laserului este o cavitate rezonantă, dar cavitatea rezonantă (a se vedea cavitatea optică) nu este o componentă indispensabilă. Cavitatea rezonantă permite fotonilor din cavitate să aibă o frecvență, o fază și o direcție de deplasare consistente, permițând astfel laserului să aibă direcționalitate și coerență bune. Mai mult, poate scurta bine lungimea substanței de lucru și poate regla și modul laserului generat prin schimbarea lungimii cavității (adică, selectarea modului), astfel încât laserul are, în general, o cavitate rezonantă.
Trei componente ale laserului
În primul rând, substanța de lucru
La baza laserului, numai substanțele care pot realiza tranziții la nivel de energie pot fi utilizate ca substanțe de lucru pentru laser.
Second, energie stimulatoare
Rolul său este de a energiza substanța de lucru, atomul este excitat de la nivelul de energie scăzut la energia externă a nivelului de energie ridicat. De obicei, există energie luminoasă, energie termică, energie electrică, energie chimică și așa mai departe.
În al treilea rând, rolul cavității optice:
În primul rând, radiația stimulată a substanței de lucru este efectuată continuu;
Al doilea este accelerarea constantă a fotonului;
A treia este limitarea direcției de ieșire laser.
Cea mai simplă cavitate optică constă din două oglinzi reciproc paralele plasate la capetele laserului HeNe. Când unii atomi de deuteriu trec între două niveluri de energie care realizează inversiunea particulelor și emit fotoni paraleli cu direcția laserului, acești fotoni se vor reflecta înainte și înapoi între cele două oglinzi, provocând astfel în mod constant radiații stimulate. Un laser foarte puternic este produs foarte repede.
Lumina pură și spectrul stabil al laserului pot fi aplicate în multe moduri.
Laser cu rubin
Laserul original a fost frecat de un bec luminos și laserul produs a fost un" laser pulsat" mai degrabă decât un fascicul continuu stabil. Calitatea luminii produse de acest laser este esențial diferită de laserul produs de dioda laser pe care o folosim astăzi. Această emisie intensă de lumină, care durează doar câteva nanosecunde, este ideală pentru capturarea obiectelor ușor de mișcat, cum ar fi portretele portretelor holografice. Primul portret cu laser s-a născut în 1967. Laserele ruby necesită rubine scumpe și pot produce doar scurte scurte de lumină.
Laser cu heliu
În 1960 oamenii de știință Ali Javan, William R. Brennet Jr. și Donald Herriot au proiectat laserul HeNe. Acesta este primul laser cu gaz utilizat în mod obișnuit la fotografii holografici.
Două avantaje: 1. Produce ieșire laser continuă; 2. Nu este nevoie de bec pentru a efectua excitații de lumină, dar folosiți gaz de excitație electrică.
Diodă laser
Dioda laser este unul dintre cele mai utilizate lasere. Fenomenul recombinării spontane a electronilor și găurilor de pe ambele părți ale joncțiunii PN a unei diode se numește emisie spontană. Când fotonii generați prin emisie spontană trec prin semiconductor, odată ce trec prin perechile electron-gaură emise, pot fi excitați pentru a se recombina pentru a produce noi fotoni, care îi determină pe purtătorii excitați să se recombine și să emită fotoni noi. Fenomenul se numește radiații stimulate.
Dacă curentul de injecție este suficient de mare, se formează o distribuție purtătoare opusă stării de echilibru termic, adică numărul populației este inversat. Când purtătorii din stratul activ se află într-un număr mare de inversări, o cantitate mică de fotoni generați spontan generează radiații inductive datorită reflecției reciproce la ambele capete ale cavității rezonante, rezultând feedback selectiv al rezonanței selective de frecvență sau câștig pentru o anumită frecvență. Când câștigul este mai mare decât pierderea de absorbție, o lumină coerentă cu o linie spectrală bună, laserul, poate fi emisă de joncțiunea PN. Invenția diodelor laser permite aplicarea rapidă a aplicațiilor laser, diferite tipuri de scanare a informațiilor, comunicații prin fibră optică, variație laser, radar laser, discuri laser, indicatori laser, colecții de supermarketuri etc., și diverse aplicații sunt continuu dezvoltate și popularizate .