O principio básico de traballo dun láser (amplificación da luz mediante emisión estimulada de radiación) baséase no fenómeno da emisión estimulada de luz. A través dunha serie de deseños e estruturas precisas, os láseres xeran vigas con alta coherencia, monocromaticidade e brillo. Os láseres son amplamente empregados na tecnoloxía moderna, incluíndo campos como a comunicación, a medicina, a fabricación, a medición e a investigación científica. A súa alta eficiencia e as súas características de control precisas convértense no compoñente fundamental de moitas tecnoloxías. A continuación móstrase unha explicación detallada dos principios de traballo dos láseres e dos mecanismos de diferentes tipos de láseres.
1. Emisión estimulada
Emisión estimuladaé o principio fundamental detrás da xeración láser, por primeira vez proposto por Einstein en 1917. Este fenómeno describe como se producen fotóns máis coherentes mediante a interacción entre materia lixeira e estado excitado. Para comprender mellor a emisión estimulada, imos comezar coa emisión espontánea:
Emisión espontánea: En átomos, moléculas ou outras partículas microscópicas, os electróns poden absorber a enerxía externa (como a enerxía eléctrica ou óptica) e a transición a un nivel de enerxía máis elevado, coñecido como estado excitado. Non obstante, os electróns de estado excitado son inestables e volverán a un nivel de enerxía máis baixo, coñecido como estado terrestre, despois dun curto período. Durante este proceso, o electrón libera un fotón, que é a emisión espontánea. Estes fotóns son aleatorios en termos de frecuencia, fase e dirección e, polo tanto, carecen de coherencia.
Emisión estimulada: A clave para a emisión estimulada é que cando un electrón de estado excitado atopa un fotón cunha enerxía que coincide coa súa enerxía de transición, o fotón pode provocar que o electrón volva ao estado terrestre mentres libera un novo fotón. O novo fotón é idéntico ao orixinal en termos de frecuencia, fase e dirección de propagación, obtendo unha luz coherente. Este fenómeno amplifica significativamente o número e a enerxía dos fotóns e é o mecanismo fundamental dos láseres.
Efecto de retroalimentación positiva da emisión estimulada: No deseño de láseres, o proceso de emisión estimulado repítese varias veces e este efecto de retroalimentación positiva pode aumentar exponencialmente o número de fotóns. Coa axuda dunha cavidade resonante, mantense a coherencia de fotóns e aumenta continuamente a intensidade do feixe de luz.
2. Medio de ganancia
OGañar medioé o material básico no láser que determina a amplificación de fotóns e a saída do láser. É a base física para a emisión estimulada e as súas propiedades determinan a frecuencia, a lonxitude de onda e a potencia de saída do láser. O tipo e as características do medio de ganancia afectan directamente á aplicación e ao rendemento do láser.
Mecanismo de excitación: Os electróns no medio de ganancia necesitan estar excitados a un nivel de enerxía máis elevado por unha fonte de enerxía externa. Este proceso normalmente conséguese mediante sistemas externos de subministración de enerxía. Os mecanismos comúns de excitación inclúen:
Bombeo eléctrico: Emocionando os electróns no medio de ganancia aplicando unha corrente eléctrica.
Bombeo óptico: Emocionante o medio cunha fonte de luz (como unha lámpada flash ou outro láser).
Sistema de niveis de enerxía: Os electróns no medio de ganancia distribúense normalmente en niveis de enerxía específicos. Os máis comúns sonSistemas de dous niveiseSistemas de catro niveis. Nun simple sistema de dous niveis, os electróns transitan do estado terrestre ao estado excitado e logo volven ao estado terrestre mediante emisión estimulada. Nun sistema de catro niveis, os electróns sofren transicións máis complexas entre diferentes niveis de enerxía, a miúdo obtendo unha maior eficiencia.
Tipos de medios de ganancia:
Medio de ganancia de gas: Por exemplo, láseres de helio-neon (he-ne). Os medios de ganancia de gas son coñecidos pola súa produción estable e a lonxitude de onda fixa e son moi utilizados como fontes de luz estándar nos laboratorios.
Medio de ganancia líquida: Por exemplo, láseres de colorante. As moléculas de colorante teñen boas propiedades de excitación en diferentes lonxitudes de onda, tornándoas ideais para láseres axustables.
Medio de ganancia sólida: Por exemplo, láseres ND (granate de aluminio Yttrium dopado por neodimio). Estes láseres son altamente eficientes e poderosos e son amplamente empregados en aplicacións de corte industrial, soldadura e médicas.
Medio de ganancia de semiconductores: Por exemplo, os materiais de arsenida de galio (GAAS) son amplamente empregados en dispositivos de comunicación e optoelectrónicos como diodos láser.
3. Cavidade de resonador
Ocavidade de resonadoré un compoñente estrutural no láser usado para a retroalimentación e amplificación. A súa función básica é mellorar o número de fotóns producidos mediante emisión estimulada reflectíndoos e amplificándoos dentro da cavidade, xerando así unha forte e centrada saída láser.
Estrutura da cavidade do resonador: Normalmente consta de dous espellos paralelos. Un é un espello totalmente reflectante, coñecido como oespello traseiro, e o outro é un espello parcialmente reflectante, coñecido como oespello de saída. Os fotóns reflicten cara atrás e cara atrás dentro da cavidade e amplifícanse mediante interacción co medio de ganancia.
Condición de resonancia: O deseño da cavidade do resonador debe cumprir certas condicións, como garantir que os fotóns formen ondas de pé dentro da cavidade. Isto require que a lonxitude da cavidade sexa un múltiple da lonxitude de onda do láser. Só as ondas lixeiras que cumpren estas condicións pódense amplificar eficazmente dentro da cavidade.
Viga de saída: O espello parcialmente reflectante permite pasar unha parte do feixe de luz amplificado, formando o feixe de saída do láser. Este feixe ten alta direccionalidade, coherencia e monocromaticidade.
Se queres aprender máis ou estás interesado nos láseres, non dubide en contactar connosco:
Lumispot
Enderezo: Edificio 4 #, nº99 Furong 3ª estrada, Xishan Dist. Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Móbil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Sitio web: www.lumispot-tech.com
Tempo de publicación: 18 de setembro de 2024