Principio di composizione e applicazione del laser
2021-08-04
Il laser è un dispositivo che può emettere laser. Secondo il mezzo di lavoro, i laser possono essere suddivisi in quattro categorie: laser a gas, laser solidi, laser a semiconduttore e laser a colorante. Recentemente sono stati sviluppati laser a elettroni liberi. I laser ad alta potenza sono generalmente pulsati. Produzione.
Il principio di funzionamento del laser: Fatta eccezione per i laser a elettroni liberi, i principi di funzionamento di base dei vari laser sono gli stessi. Le condizioni indispensabili per la generazione del laser sono l'inversione della popolazione e il guadagno maggiore della perdita, quindi i componenti indispensabili nel dispositivo sono la sorgente di eccitazione (o pompaggio) e il mezzo di lavoro con livello di energia metastabile. Eccitazione significa che il mezzo di lavoro è eccitato in uno stato eccitato dopo aver assorbito energia esterna, creando le condizioni per realizzare e mantenere l'inversione della popolazione. I metodi di eccitazione includono l'eccitazione ottica, l'eccitazione elettrica, l'eccitazione chimica e l'eccitazione dell'energia nucleare. Il livello di energia metastabile del mezzo di lavoro fa prevalere la radiazione stimolata, realizzando così l'amplificazione ottica. I componenti comuni nei laser includono la cavità risonante, ma la cavità risonante (vedi cavità risonante ottica) non è un componente indispensabile. La cavità risonante può fare in modo che i fotoni nella cavità abbiano la stessa frequenza, fase e direzione di marcia, in modo che il laser abbia una buona direzionalità e coerenza. Inoltre, può accorciare bene la lunghezza del materiale di lavoro e può anche regolare la modalità del laser generato modificando la lunghezza della cavità risonante (cioè la selezione della modalità), quindi generalmente i laser hanno cavità risonanti.
Il laser è generalmente composto da tre parti: 1. Sostanza di lavoro: al centro del laser, solo la sostanza che può raggiungere la transizione del livello di energia può essere utilizzata come sostanza di lavoro del laser. 2. Incoraggiare l'energia: la sua funzione è quella di dare energia alla materia operante e di eccitare gli atomi dal livello di bassa energia al livello di alta energia dell'energia esterna. Di solito ci possono essere energia luminosa, energia termica, energia elettrica, energia chimica, ecc. 3. Cavità ottica risonante: La prima funzione è quella di far continuare continuamente la radiazione stimolata della sostanza operante; il secondo è quello di accelerare continuamente i fotoni; il terzo è limitare la direzione dell'uscita laser. La più semplice cavità ottica risonante è composta da due specchi paralleli posti alle due estremità di un laser a elio-neon. Quando alcuni atomi di neon passano tra i due livelli di energia che hanno raggiunto l'inversione di popolazione e irradiano fotoni parallelamente alla direzione del laser, questi fotoni verranno riflessi avanti e indietro tra i due specchi, provocando così continuamente radiazioni stimolate. La luce laser molto forte viene prodotta molto rapidamente.
La qualità della luce emessa dal laser è pura e lo spettro è stabile, che può essere utilizzato in molti modi: Laser a rubino: il laser originale era che il rubino era eccitato da una lampadina lampeggiante luminosa e il laser prodotto era un "laser a impulsi" piuttosto che un raggio continuo e stabile. La qualità della velocità della luce prodotta da questo laser è fondamentalmente diversa dal laser prodotto dal diodo laser che stiamo usando ora. Questa intensa emissione di luce che dura solo pochi nanosecondi è molto adatta per catturare oggetti facilmente in movimento, come i ritratti olografici di persone. Il primo ritratto laser è nato nel 1967. I laser a rubino richiedono costosi rubini e possono produrre solo brevi impulsi di luce.
Laser He-Ne: nel 1960, gli scienziati Ali Javan, William R. Brennet Jr. e Donald Herriot progettarono un laser He-Ne. Questo è il primo laser a gas. Questo tipo di laser è comunemente usato dai fotografi olografici. Due vantaggi: 1. Produrre un'uscita laser continua; 2. Non è necessaria una lampadina flash per l'eccitazione della luce, ma utilizzare gas di eccitazione elettrica.
Diodo laser: Il diodo laser è uno dei laser più comunemente utilizzati. Il fenomeno della ricombinazione spontanea di elettroni e lacune su entrambi i lati della giunzione PN del diodo per emettere luce è chiamato emissione spontanea. Quando il fotone generato dalla radiazione spontanea passa attraverso il semiconduttore, una volta passato in prossimità della coppia elettrone-lacuna emessa, può eccitare i due a ricombinarsi e produrre nuovi fotoni. Questo fotone induce i portatori eccitati a ricombinarsi ed emettere nuovi fotoni. Il fenomeno è chiamato emissione stimolata.
Se la corrente iniettata è abbastanza grande, si formerà la distribuzione dei portatori opposta allo stato di equilibrio termico, cioè l'inversione di popolazione. Quando i portatori nello strato attivo sono in un gran numero di inversioni, una piccola quantità di radiazione spontanea produce radiazione indotta a causa della riflessione reciproca delle due estremità della cavità risonante, con conseguente feedback positivo risonante selettivo in frequenza, o guadagnando un certa frequenza. Quando il guadagno è maggiore della perdita di assorbimento, dalla giunzione PN può essere emessa una luce coerente con una buona luce laser a linee spettrali. L'invenzione del diodo laser consente di diffondere rapidamente le applicazioni laser. Vari tipi di scansione delle informazioni, comunicazioni in fibra ottica, raggio laser, lidar, dischi laser, puntatori laser, raccolte di supermercati, ecc., Vengono costantemente sviluppati e resi popolari.
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