Suscríbete aos nosos medios sociais para a publicación rápida
Os láseres, unha pedra angular da tecnoloxía moderna, son tan fascinantes como complexas. No seu corazón atópase unha sinfonía de compoñentes que traballan ao unísono para producir luz coherente e amplificada. Este blog afonda nos complexos destes compoñentes, apoiados por principios e ecuacións científicas, para proporcionar unha comprensión máis profunda da tecnoloxía láser.
Información avanzada sobre os compoñentes do sistema láser: unha perspectiva técnica para os profesionais
| Compoñente | Función | Exemplos |
| Gañar medio | O medio de ganancia é o material dun láser usado para amplificar a luz. Facilita a amplificación da luz mediante o proceso de inversión da poboación e a emisión estimulada. A elección do medio de ganancia determina as características de radiación do láser. | Láseres de estado sólido: por exemplo, ND: YAG (granate de aluminio Yttrium dopado por neodimio), usado en aplicacións médicas e industriais.Láseres de gas: por exemplo, láseres de CO2, usados para corte e soldadura.Láseres de semiconductores:Por exemplo, diodos láser, usados na comunicación de fibra óptica e punteiros láser. |
| Fonte de bombeo | A fonte de bombeo proporciona enerxía ao medio de ganancia para lograr a inversión da poboación (a fonte de enerxía para a inversión da poboación), permitindo o funcionamento con láser. | Bombeo óptico: Usando fontes de luz intensas como flashlamps para bombear láseres de estado sólido.Bombeo eléctrico: Emocionante o gas nos láseres de gas a través da corrente eléctrica.Bombeo de semiconductores: Usando diodos láser para bombear o medio láser de estado sólido. |
| Cavidade óptica | A cavidade óptica, composta por dous espellos, reflicte a luz para aumentar a lonxitude da luz no medio de ganancia, aumentando así a amplificación da luz. Ofrece un mecanismo de retroalimentación para a amplificación de láser, seleccionando as características espectrais e espaciais da luz. | Cavidade plana-plana: Usado na investigación de laboratorio, estrutura sinxela.Cavidade plana-concave: Común nos láseres industriais, proporciona vigas de alta calidade. Cavidade do anel: Usado en deseños específicos de láseres de aneis, como os láseres de gas anel. |
O medio de ganancia: un nexo de mecánica cuántica e enxeñaría óptica
Dinámica cuántica no medio de ganancia
O medio de ganancia é onde se produce o proceso fundamental da amplificación da luz, un fenómeno profundamente enraizado na mecánica cuántica. A interacción entre estados de enerxía e partículas dentro do medio está rexida polos principios de emisión estimulada e inversión da poboación. A relación crítica entre a intensidade da luz (I), a intensidade inicial (I0), a sección transversal de transición (σ21) e o número de partículas nos dous niveis de enerxía (N2 e N1) é descrita pola ecuación I = I0E^(σ21 (N2-N1) L). A consecución dunha inversión poboacional, onde N2> N1, é esencial para a amplificación e é unha pedra angular da física láser [1].
Sistemas de tres niveis vs.
Nos deseños prácticos de láser, os sistemas de tres niveis e catro niveis son empregados habitualmente. Os sistemas de tres niveis, aínda que son máis sinxelos, requiren máis enerxía para lograr a inversión da poboación xa que o nivel de láser inferior é o estado terrestre. Os sistemas de catro niveis, por outra banda, ofrecen unha ruta máis eficiente á inversión da poboación debido á rápida decadencia non radiativa desde o nivel de enerxía máis elevado, tornándoos máis prevalentes nas aplicacións láser modernas [2].
Is Vidro dopado por erbioun medio de ganancia?
Si, o vidro dopado por erbio é de feito un tipo de medio de ganancia usado nos sistemas láser. Neste contexto, "dopaxe" refírese ao proceso de engadir unha certa cantidade de ións erbium (er³⁺) ao vidro. Erbium é un elemento de terra rara que, cando se incorpora a un host de vidro, pode amplificar efectivamente a luz mediante emisión estimulada, un proceso fundamental na operación láser.
O vidro dopado por erbio é especialmente notable polo seu uso en láseres de fibra e amplificadores de fibras, especialmente na industria das telecomunicacións. É moi adecuado para estas aplicacións porque amplifica de xeito eficiente a luz ás lonxitudes de onda ao redor de 1550 nm, o que é unha lonxitude de onda clave para as comunicacións de fibra óptica debido á súa baixa perda en fibras de sílice estándar.
OErbiumos ións absorben a luz da bomba (a miúdo a partir dunDiodo láser) e están entusiasmados cos estados de enerxía maior. Cando volven a un estado enerxético inferior, emiten fotóns na lonxitude de onda de láser, contribuíndo ao proceso láser. Isto fai que o vidro dopado por erbio sexa un medio de ganancia eficaz e moi utilizado en varios deseños láser e amplificadores.
Blogs relacionados: Noticias - Vidro dopado por Erbium: Ciencia e Aplicacións
Mecanismos de bombeo: a forza motriz detrás dos láseres
Diversos enfoques para lograr a inversión da poboación
A elección do mecanismo de bombeo é fundamental no deseño láser, influíndo todo, desde a eficiencia ata a lonxitude de onda de saída. O bombeo óptico, empregando fontes de luz externas como flashlamps ou outros láseres, é común nos láseres de estado sólido e colorante. Os métodos de descarga eléctrica adoitan empregarse en láseres de gas, mentres que os láseres semicondutores adoitan empregar a inxección de electróns. A eficiencia destes mecanismos de bombeo, particularmente nos láseres de estado sólido bombinado por diodo, foi un foco importante das investigacións recentes, ofrecendo maior eficiencia e compactidade [3].
Consideracións técnicas na eficiencia do bombeo
A eficiencia do proceso de bombeo é un aspecto crítico do deseño láser, que afecta ao rendemento global e á idoneidade das aplicacións. Nos láseres de estado sólido, a elección entre flashlamps e diodos láser como fonte de bomba pode afectar significativamente a eficiencia do sistema, a carga térmica e a calidade do feixe. O desenvolvemento de diodos láser de alta potencia e de alta eficiencia revolucionou os sistemas láser DPSS, permitindo deseños máis compactos e eficientes [4].
A cavidade óptica: enxeñaría o feixe láser
Deseño da cavidade: un acto de equilibrio de física e enxeñaría
A cavidade óptica, ou resonador, non é só un compoñente pasivo senón un participante activo na conformación do feixe láser. O deseño da cavidade, incluída a curvatura e o aliñamento dos espellos, xoga un papel crucial na determinación da estabilidade, a estrutura do modo e a saída do láser. A cavidade debe ser deseñada para mellorar a ganancia óptica ao tempo que minimiza as perdas, un reto que combina a enxeñaría óptica coa óptica de onda5.
Condicións de oscilación e selección de modo
Para que se produza oscilación láser, a ganancia proporcionada polo medio debe superar as perdas dentro da cavidade. Esta condición, xunto co requisito para a superposición de ondas coherentes, dita que só se soportan certos modos lonxitudinais. O espazo entre o modo e a estrutura de modo global están influenciados pola lonxitude física da cavidade e o índice de refracción do medio de ganancia [6].
Conclusión
O deseño e funcionamento dos sistemas láser abarcan un amplo espectro de principios de física e enxeñería. Desde a mecánica cuántica que regula o medio de ganancia ata a intrincada enxeñería da cavidade óptica, cada compoñente dun sistema láser xoga un papel vital na súa funcionalidade global. Este artigo proporcionou unha visión do complexo mundo da tecnoloxía láser, ofrecendo ideas que resoan coa comprensión avanzada de profesores e enxeñeiros ópticos no campo.
Referencias
- 1. Siegman, AE (1986). Láseres. Libros de ciencias universitarias.
- 2. Svelto, O. (2010). Principios dos láseres. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Enxeñaría láser en estado sólido. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Láseres de estado sólido bombeados por diodo. En Manual de tecnoloxía e aplicacións láser (Vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Física láser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Fundamentos láser. Cambridge University Press.
Tempo de publicación: novembro-27-2023