Subscríbete ás nosas redes sociais para obter unha publicación rápida
Os láseres, unha pedra angular da tecnoloxía moderna, son tan fascinantes como complexos.No seu corazón reside unha sinfonía de compoñentes que traballan ao unísono para producir unha luz coherente e amplificada.Este blog afonda nas complejidades destes compoñentes, apoiados en principios e ecuacións científicas, para proporcionar unha comprensión máis profunda da tecnoloxía láser.
Perspectivas avanzadas sobre os compoñentes do sistema láser: unha perspectiva técnica para profesionais
| Compoñente | Función | Exemplos |
| Ganancia Medio | O medio de ganancia é o material nun láser usado para amplificar a luz.Facilita a amplificación da luz mediante o proceso de inversión da poboación e 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 de itrio dopado con neodimio), usado en aplicacións médicas e industriais.Láseres de gas: por exemplo, láseres de CO2, usados para cortar e soldar.Láseres semicondutores:por exemplo, díodos 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 do láser. | Bombeo óptico: Usando fontes de luz intensa como lámpadas de flash para bombear láseres de estado sólido.Bombeo Eléctrico: Excitación do gas en láseres de gas a través da corrente eléctrica.Bombeo de semicondutores: Usando diodos láser para bombear o medio láser de estado sólido. |
| Cavidade Óptica | A cavidade óptica, formada por dous espellos, reflicte a luz para aumentar a lonxitude do camiño da luz no medio de ganancia, mellorando así a amplificación da luz.Proporciona un mecanismo de retroalimentación para a amplificación con láser, seleccionando as características espectrais e espaciais da luz. | Cavidade Planar-Planar: Úsase na investigación de laboratorio, estrutura sinxela.Cavidade Planar-Cóncava: Común nos láseres industriais, proporciona feixes de alta calidade. Cavidade do anel: Úsase en deseños específicos de láseres anulares, como láseres de gas anular. |
O medio de ganancia: un nexo de mecánica cuántica e enxeñería óptica
Dinámica cuántica no medio de ganancia
O medio de ganancia é onde se produce o proceso fundamental de amplificación da luz, un fenómeno profundamente arraigado na mecánica cuántica.A interacción entre os estados de enerxía e as partículas dentro do medio réxese polos principios de emisión estimulada e inversión de poboación.A relación crítica entre a intensidade luminosa (I), a intensidade inicial (I0), a sección transversal de transición (σ21) e os números de partículas nos dous niveis de enerxía (N2 e N1) descríbese pola ecuación I = I0e^ (σ21(N2-N1)L).Conseguir unha inversión de poboación, onde N2 > N1, é esencial para a amplificación e é unha pedra angular da física do láser.1].
Sistemas de tres niveis vs. de catro niveis
Nos deseños prácticos con láser, utilízanse habitualmente sistemas de tres e catro niveis.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 máis baixo é o estado fundamental.Os sistemas de catro niveis, por outra banda, ofrecen unha ruta máis eficiente para a inversión da poboación debido á rápida desintegración non radiativa do nivel de enerxía máis elevado, o que os fai máis frecuentes nas aplicacións modernas de láser.2].
Is Vidro dopado con erbioun medio de ganancia?
Si, o vidro dopado con erbio é un tipo de medio de ganancia usado nos sistemas láser.Neste contexto, "dopaxe" refírese ao proceso de engadir unha certa cantidade de ións erbio (Er³⁺) ao vidro.O erbio é un elemento de terras raras que, cando se incorpora nun hóspede de vidro, pode amplificar eficazmente a luz mediante a emisión estimulada, un proceso fundamental no funcionamento do láser.
O vidro dopado con erbio destaca especialmente polo seu uso en láseres de fibra e amplificadores de fibra, especialmente na industria das telecomunicacións.É moi axeitado para estas aplicacións porque amplifica de forma eficiente a luz a lonxitudes de onda arredor dos 1550 nm, que é unha lonxitude de onda clave para as comunicacións de fibra óptica debido á súa baixa perda nas fibras de sílice estándar.
OerbioOs ións absorben a luz da bomba (a miúdo de adiodo láser) e están excitados a estados de enerxía máis elevados.Cando volven a un estado de enerxía inferior, emiten fotóns na lonxitude de onda láser, contribuíndo ao proceso do láser.Isto fai que o vidro dopado con erbio sexa un medio de ganancia eficaz e moi utilizado en varios deseños de láser e amplificador.
Blogs relacionados: Novas - Vidro dopado con erbio: 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 do láser, e inflúe en todo, desde a eficiencia ata a lonxitude de onda de saída.O bombeo óptico, utilizando fontes de luz externas como lámpadas de flash ou outros láseres, é común nos láseres de estado sólido e de colorante.Os métodos de descarga eléctrica adoitan empregarse nos láseres de gas, mentres que os láseres de semicondutores adoitan empregar a inxección de electróns.A eficiencia destes mecanismos de bombeo, particularmente nos láseres de estado sólido bombeados con diodos, foi un foco significativo das investigacións recentes, que ofrece unha maior eficiencia e compacidade.3].
Consideracións técnicas na eficiencia de bombeo
A eficiencia do proceso de bombeo é un aspecto crítico do deseño do láser, que afecta o rendemento xeral e a idoneidade da aplicación.Nos láseres de estado sólido, a elección entre lámpadas de flash e díodos láser como fonte de bomba pode afectar significativamente a eficiencia do sistema, a carga térmica e a calidade do feixe.O desenvolvemento de díodos láser de alta potencia e alta eficiencia revolucionou os sistemas láser DPSS, permitindo deseños máis compactos e eficientes.4].
A cavidade óptica: enxeñaría do feixe láser
Deseño de cavidades: un acto de equilibrio de física e enxeñería
A cavidade óptica, ou resonador, non é só un compoñente pasivo senón un participante activo na conformación do feixe láser.O deseño da cavidade, incluíndo 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 deseñarse para mellorar a ganancia óptica minimizando as perdas, un reto que combina a enxeñaría óptica coa óptica ondulatoria.5.
Condicións de oscilación e selección de modo
Para que se produza a oscilación do láser, a ganancia proporcionada polo medio debe superar as perdas dentro da cavidade.Esta condición, unida á esixencia de superposición de ondas coherentes, di que só se admiten certos modos lonxitudinais.O espazamento de modos e a estrutura global do modo están influenciados pola lonxitude física da cavidade e o índice de refracción do medio de ganancia.6].
Conclusión
O deseño e operación de sistemas láser abarcan un amplo espectro de principios de física e enxeñería.Desde a mecánica cuántica que rexe o medio de ganancia ata a intrincada enxeñaría da cavidade óptica, cada compoñente dun sistema láser xoga un papel vital na súa funcionalidade global.Este artigo ofrece unha visión do complexo mundo da tecnoloxía láser, ofrecendo informacións 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 con láser de estado sólido.Springer.
- 4. Piper, JA e Mildren, RP (2014).Láseres de estado sólido bombeados por diodos.En Manual de Tecnoloxía e Aplicacións do Láser (Vol. III).Prensa CRC.
- 5. Miloni, PW e Eberly, JH (2010).Física do láser.Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004).Fundamentos do láser.Cambridge University Press.
Hora de publicación: 27-novembro-2023