עיקרון העבודה הבסיסי של לייזר

עיקרון העבודה הבסיסי של לייזר (הגברה קלה על ידי פליטת קרינה מגורה) מבוסס על תופעת פליטת אור מגורה. באמצעות סדרה של עיצובים ומבנים מדויקים, לייזרים מייצרים קורות עם קוהרנטיות גבוהה, מונוכרומטיות ובהירות. לייזרים נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה מודרנית, כולל בתחומים כמו תקשורת, רפואה, ייצור, מדידה ומחקר מדעי. היעילות הגבוהה שלהם ומאפייני הבקרה המדויקים שלהם הופכים אותם למרכיב הליבה של טכנולוגיות רבות. להלן הסבר מפורט על עקרונות העבודה של לייזרים והמנגנונים של סוגים שונים של לייזרים.

1. פליטה מגורה

פליטה מגורההוא העיקרון הבסיסי העומד מאחורי דור הלייזר, שהוצע לראשונה על ידי איינשטיין בשנת 1917. תופעה זו מתארת ​​כיצד מייצרים פוטונים קוהרנטיים יותר באמצעות האינטראקציה בין חומר קליל למצב נרגש. כדי להבין טוב יותר פליטה מגורה, נתחיל בפליטה ספונטנית:

פליטה ספונטנית: באטומים, מולקולות או בחלקיקים מיקרוסקופיים אחרים, אלקטרונים יכולים לספוג אנרגיה חיצונית (כמו אנרגיה חשמלית או אופטית) ולעבור לרמת אנרגיה גבוהה יותר, המכונה המצב הנרגש. עם זאת, אלקטרונים במצב נרגש אינם יציבים ובסופו של דבר יחזרו לרמת אנרגיה נמוכה יותר, המכונה מצב הקרקע, לאחר תקופה קצרה. במהלך תהליך זה האלקטרון משחרר פוטון, שהוא פליטה ספונטנית. פוטונים כאלה הם אקראיים מבחינת תדירות, שלב וכיוון, ולכן הם חסרים קוהרנטיות.

פליטה מגורה: המפתח לפליטה מעוררת הוא שכאשר אלקטרון במצב נרגש נתקל בפוטון עם אנרגיה התואמת את אנרגיית המעבר שלו, הפוטון יכול לגרום לאלקטרון לחזור למצב הקרקע תוך שחרור פוטון חדש. הפוטון החדש זהה לזה המקורי מבחינת כיוון תדר, שלב ופיזור, וכתוצאה מכך אור קוהרנטי. תופעה זו מגבירה משמעותית את מספרם ואנרגיה של פוטונים והיא מנגנון הליבה של לייזרים.

השפעת משוב חיובית של פליטה מגורה: בעיצוב לייזרים, תהליך הפליטה המגורה חוזר על עצמו מספר פעמים, ואפקט משוב חיובי זה יכול להגדיל באופן אקספוננציאלי את מספר הפוטונים. בעזרת חלל מהדהד נשמרת הקוהרנטיות של פוטונים, ועוצמת קרן האור מוגברת ברציפות.

2. הרווח בינוני

THEלהשיג בינוניהוא חומר הליבה בלייזר הקובע את הגברת הפוטונים ותפוקת הלייזר. זהו הבסיס הפיזי לפליטה מגורה, ותכונותיו קובעות את תדירות כוח הגל, ואורך הפלט של הלייזר. סוג המאפיינים של מדיום הרווח משפיעים ישירות על היישום והביצועים של הלייזר.

מנגנון עירור: אלקטרונים במדיום הרווח צריכים להתרגש לרמת אנרגיה גבוהה יותר על ידי מקור אנרגיה חיצוני. תהליך זה מושג בדרך כלל על ידי מערכות אספקת אנרגיה חיצונית. מנגנוני עירור נפוצים כוללים:

שאיבה חשמלית: מרגש את האלקטרונים במדיום הרווח על ידי החלת זרם חשמלי.

שאיבה אופטית: מרגש את המדיום עם מקור אור (כמו מנורת פלאש או לייזר אחר).

מערכת רמות אנרגיה: אלקטרונים במדיום הרווח מופצים בדרך כלל ברמות אנרגיה ספציפיות. הנפוצים ביותר הםמערכות דו-מפלסיותוכןמערכות ארבע מפלסו במערכת פשוטה של ​​שתי מפלסים, אלקטרונים עוברים ממצב הקרקע למצב הנרגש ואז חוזרים למצב הקרקע באמצעות פליטה מגורה. במערכת עם ארבע מפלסים, אלקטרונים עוברים מעברים מורכבים יותר בין רמות אנרגיה שונות, ולעתים קרובות גורמים ליעילות גבוהה יותר.

סוגי מדיה רווחים:

בינוני להשיג גז: לדוגמא, הליום-ניאון (He-Ne) לייזרים. אמצעי תקשורת על גזים ידועים בתפוקה היציבה שלהם ובאורך הגל הקבוע שלהם, ומשמשים באופן נרחב כמקורות אור סטנדרטיים במעבדות.

בינוני רווח נוזלי: לדוגמא, לייזרי צבע. למולקולות צבע יש תכונות עירור טובות על פני אורכי גל שונים, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור לייזרים מכוונים.

בינוני רווח מוצק: לדוגמה, לייזרים ND (גרנט yttrium aluminum מסומם Neodymium מסומם. לייזרים אלה יעילים מאוד ועוצמתיים, והם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים חיתוך, ריתוך ותעשייה רפואיים.

מוליכים למחצה מוליכים בינוני: לדוגמא, חומרי Gallium Arsenide (GAAS) נמצאים בשימוש נרחב במכשירים תקשורתיים ואופטואלקטריים כמו דיודות לייזר.

3. חלל התהודה

THEחלל התהודההוא מרכיב מבני בלייזר המשמש למשוב והגברה. תפקוד הליבה שלה הוא לשפר את מספר הפוטונים המיוצרים באמצעות פליטה מגורה על ידי שיקוף והגברתם בתוך החלל, ובכך ייצר תפוקת לייזר חזקה וממוקדת.

מבנה חלל התהודה: זה בדרך כלל מורכב משתי מראות מקבילות. האחת היא מראה רפלקטיבית לחלוטין, המכונהמראה אחורית, והשני הוא מראה רפלקטיבית חלקית, המכונהמראה פלטו פוטונים משקפים קדימה ואחורה בתוך החלל ומוגברים באמצעות אינטראקציה עם מדיום הרווח.

מצב תהודה: תכנון חלל התהודה חייב לעמוד בתנאים מסוימים, כמו להבטיח כי פוטונים יוצרים גלים עומדים בתוך החלל. זה מחייב את אורך החלל להיות מכפיל של אורך גל הלייזר. רק גלי אור העומדים בתנאים אלה יכולים להיות מוגברים ביעילות בתוך החלל.

קרן פלט: המראה המשקפת חלקית מאפשרת לחלק מקרן האור המוגברת לעבור דרכה ויוצרת את קרן הפלט של הלייזר. לקורה זו יש כיוון גבוה, קוהרנטיות ומונוכרומטיות.

אם אתה רוצה ללמוד יותר או שאתה מעוניין בלייזרים, אנא אל תהסס לפנות אלינו:

Lumispot

כתובת: בניין 4 #, No.99 Furong Road 3, Xishan Dist. WUXI, 214000, סין

טל ': + 86-0510 87381808.

נייד: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

אתר: www.lumispot-tech.com