Hvordan laseren fungerer
Bortsett fra gratis elektronlasere, er de grunnleggende arbeidsprinsippene for forskjellige lasere de samme. Den uunnværlige tilstanden for å generere laserlys er at populasjonsinversjon og -vinning er større enn tapet, så de uunnværlige komponentene til enheten er eksitasjonskilden (eller pumpekilden) og arbeidsmediet med det metastabile energinivået. Excitasjon er eksitering av arbeidsmediet for å opphisse den opphissede tilstanden, og skape forhold for å oppnå og opprettholde befolkningsinversjonen. Tilskyndelsesmetodene inkluderer optisk excitasjon, elektrisk eksitering, kjemisk eksitasjon og kjernefysisk excitasjon.
Det metastabile energinivået til arbeidsmediet er slik at den stimulerte strålingen dominerer, og derved oppnås optisk forsterkning. En vanlig komponent i en laser er et resonanshulrom, men resonanshulen (se optisk hulrom) er ikke en uunnværlig komponent. Resonanshulen gjør det mulig for fotonene i hulrommet å ha en konsistent frekvens, fase og kjøreretning, slik at laseren har god retningsstyrke og sammenheng. Videre kan det forkorte lengden på arbeidsstoffet godt, og kan også justere modusen til den genererte laseren ved å endre kavitets lengde (dvs. modusvalg), slik at laseren generelt har resonanshulrom.
Laseren består vanligvis av tre deler
1. Arbeidsstoff: Kjernen til laseren, kun materialet som kan oppnå energinivåovergangen, kan brukes som lasers arbeidsstoff.
2, incentiv energi: dens rolle er å gi energi til arbeidsstoffet, atomet er opphisset fra lavt energinivå til det høye energinivået til den eksterne energien. Vanligvis er det lys energi, termisk energi, elektrisk energi, kjemisk energi og så videre.
3. Optisk resonant hulrom: Den første tiltaket er å kontinuerlig stimulere den stimulerte strålingen av arbeidsstoffet; den andre er å kontinuerlig akselerere fotonet; Den tredje er å begrense laserutgangens retning. Det enkleste optiske hulrommet består av to parallelt speil plassert på enden av HeNe-laseren. Når noen deuteriumatomer overgår mellom to energinivåer som oppnår partikkelinversjon, og avgir fotoner parallelt med laserretningen, vil disse fotonene reflektere frem og tilbake mellom de to speilene og dermed stadig forårsake stimulert stråling. En veldig sterk laser produseres veldig raskt.
Det rene lyset og stabile spektrumet til laseren kan brukes i mange aspekter.
Ruby Laser: Den opprinnelige laseren var en rubin som var begeistret av en lyspære. Laseren produsert var en "pulserende laser" i stedet for en kontinuerlig stabil stråle. Kvaliteten på lyset som produseres av denne laseren, er i hovedsak forskjellig fra laseren produsert av laserdioden vi bruker i dag. Denne intense lysutslipp, som varer bare noen få nanosekunder, er ideell for å fange objekter som er enkle å flytte, for eksempel portretter av holografiske portretter. Den første laserportretten ble født i 1967. Ruby lasere krever dyre rubiner og kan bare produsere korte lysstråler.
Helium laser: I 1960 utviklet forskerne Ali Javan, William R. Brennet Jr. og Donald Herriot HeNe-laseren. Dette er den første gasslaseren som ofte brukes i holografiske fotografer. To fordeler: 1. Lag kontinuerlig laserutgang; 2. Ikke behov for flashpære for å utføre lys excitering, men bruk elektrisk eksitasjonsgass.
Laserdioder: Laserdioder er en av de mest brukte laserene. Fenomenet spontan rekombination av elektroner og hull på begge sider av PN-forbindelsen til en diode kalles spontan utslipp. Når fotonene som genereres ved spontan utslipp, passerer gjennom halvlederen, når de passerer gjennom de utstrålede elektronhullparene, kan de bli spente på å rekombinere for å produsere nye fotoner, noe som induserer de begeistrede bærerne til å rekombinere og avgi nye fotoner. Fenomenet kalles stimulert stråling.
Hvis injeksjonsstrømmen er stor nok, dannes en bærerfordeling motsatt termisk likevektstilstand, det vil si at populasjonsnummeret reverseres. Når bærerne i det aktive laget er i et stort antall reverseringer, genererer en liten mengde spontant genererte fotoner induktiv stråling på grunn av gjensidig refleksjon i begge ender av resonanshulen, noe som resulterer i selektiv tilbakemelding av frekvensselektiv resonans eller gevinst for en viss frekvens. Når gevinsten er større enn absorpsjonstapet, kan et sammenhengende lys med en god spektrallinje, laseren, sendes ut fra PN-krysset. Oppfinnelsen av laserdioder muliggjør hurtig anvendelse av laserapplikasjoner, ulike typer informasjonsskanning, fiberoptisk kommunikasjon, laserstrekning, laserradar, laserskiver, laserpekere, supermarkedsamlinger, etc., og forskjellige applikasjoner blir kontinuerlig utviklet og popularisert .
