Բաժանորդագրվեք մեր սոցիալական ցանցերին՝ արագ հրապարակումներ կատարելու համար
Լազերները, որոնք ժամանակակից տեխնոլոգիաների անկյունաքարն են, նույնքան հետաքրքիր են, որքան բարդ։ Դրանց հիմքում ընկած է բաղադրիչների մի սիմֆոնիա, որոնք համատեղ աշխատում են՝ ստեղծելով կոհերենտ, ուժեղացված լույս։ Այս բլոգը խորանում է այս բաղադրիչների բարդությունների մեջ՝ հիմնված գիտական սկզբունքների և հավասարումների վրա, որպեսզի ավելի խորը հասկանանք լազերային տեխնոլոգիան։
Լազերային համակարգի բաղադրիչների վերաբերյալ առաջադեմ պատկերացումներ. տեխնիկական հեռանկար մասնագետների համար
| Բաղադրիչ | Ֆունկցիա | Օրինակներ |
| Միջին ուժգնացում | Լազերի ուժեղացման միջավայրը լույսի ուժեղացման համար օգտագործվող նյութն է։ Այն նպաստում է լույսի ուժեղացմանը պոպուլյացիայի ինվերսիայի և խթանված ճառագայթման գործընթացի միջոցով։ Ուժեղացման միջավայրի ընտրությունը որոշում է լազերի ճառագայթման բնութագրերը։ | Պինդ վիճակի լազերներօրինակ՝ Nd:YAG (նեոդիմիումով լեգիրված իտրիումի ալյումինե նռնակ), որն օգտագործվում է բժշկական և արդյունաբերական ոլորտներում։Գազային լազերներօրինակ՝ CO2 լազերներ, որոնք օգտագործվում են կտրման և եռակցման համար:Կիսահաղորդչային լազերներ:օրինակ՝ լազերային դիոդներ, որոնք օգտագործվում են օպտիկամանրաթելային կապի և լազերային ցուցիչների մեջ։ |
| Պոմպային աղբյուր | Պոմպային աղբյուրը էներգիա է մատակարարում ուժեղացման միջավայրին՝ պոպուլյացիայի ինվերսիա իրականացնելու համար (պոպուլյացիայի ինվերսիայի էներգիայի աղբյուրը), հնարավորություն տալով լազերային աշխատանքին։ | Օպտիկական պոմպԻնտենսիվ լույսի աղբյուրների, ինչպիսիք են լուսարձակները, օգտագործում են պինդ վիճակի լազերներ մղելու համար։Էլեկտրական պոմպերԳազային լազերներում գազի գրգռումը էլեկտրական հոսանքի միջոցով։Կիսահաղորդչային պոմպԼազերային դիոդների օգտագործումը պինդ վիճակում գտնվող լազերային միջավայրը մղելու համար։ |
| Օպտիկական խոռոչ | Երկու հայելիներից բաղկացած օպտիկական խոռոչը արտացոլում է լույսը՝ մեծացնելով լույսի ուղու երկարությունը ուժեղացնող միջավայրում, այդպիսով ուժեղացնելով լույսի ուժեղացումը: Այն ապահովում է հետադարձ կապի մեխանիզմ լազերային ուժեղացման համար՝ ընտրելով լույսի սպեկտրալ և տարածական բնութագրերը: | Հարթ-հարթ խոռոչՕգտագործվում է լաբորատոր հետազոտություններում, պարզ կառուցվածքով։Հարթ-գոգավոր խոռոչՏարածված է արդյունաբերական լազերներում, ապահովում է բարձրորակ ճառագայթներ։ Օղակաձև խոռոչՕգտագործվում է օղակաձև լազերների որոշակի նախագծերում, ինչպիսիք են օղակաձև գազային լազերները։ |
Ուժեղացման միջավայր. քվանտային մեխանիկայի և օպտիկական ճարտարագիտության կապ
Քվանտային դինամիկա ուժեղացման միջավայրում
Լույսի ուժեղացման հիմնարար գործընթացը տեղի է ունենում ուժեղացման միջավայրում, որը քվանտային մեխանիկայի մեջ խոր արմատներ ունեցող երևույթ է: Միջավայրի ներսում էներգետիկ վիճակների և մասնիկների փոխազդեցությունը կարգավորվում է խթանված ճառագայթման և պոպուլյացիայի ինվերսիայի սկզբունքներով: Լույսի ինտենսիվության (I), սկզբնական ինտենսիվության (I0), անցումային հատույթի (σ21) և երկու էներգետիկ մակարդակներում (N2 և N1) մասնիկների թվերի միջև կրիտիկական կապը նկարագրվում է I = I0e^(σ21(N2-N1)L հավասարմամբ: Պոպուլյացիայի ինվերսիայի հասնելը, որտեղ N2 > N1, կարևոր է ուժեղացման համար և լազերային ֆիզիկայի անկյունաքարն է:1].
Եռամակարդակ ընդդեմ չորսամակարդակ համակարգերի
Գործնական լազերային նախագծերում սովորաբար օգտագործվում են եռաստիճան և չորսաստիճան համակարգեր: Եռաստիճան համակարգերը, թեև ավելի պարզ են, պահանջում են ավելի շատ էներգիա՝ պոպուլյացիայի ինվերսիա իրականացնելու համար, քանի որ լազերի ցածր մակարդակը հիմնական վիճակն է: Մյուս կողմից, չորսաստիճան համակարգերը առաջարկում են պոպուլյացիայի ինվերսիայի ավելի արդյունավետ ուղի՝ բարձր էներգիայի մակարդակից արագ ոչ ճառագայթային քայքայման պատճառով, ինչը դրանք ավելի տարածված է դարձնում ժամանակակից լազերային կիրառություններում:2].
Is Էրբիումով լեգիրված ապակիուժեղացման միջավայր՞
Այո, էրբիումով լեգիրված ապակին իսկապես լազերային համակարգերում օգտագործվող ուժեղացման միջավայրի տեսակ է: Այս համատեքստում «լեգիրացումը» վերաբերում է ապակուն որոշակի քանակությամբ էրբիումի իոնների (Er³⁺) ավելացման գործընթացին: Էրբիումը հազվագյուտ հողային տարր է, որը, երբ ներառվում է ապակե միջուկի մեջ, կարող է արդյունավետորեն ուժեղացնել լույսը խթանված ճառագայթման միջոցով, որը լազերի աշխատանքի հիմնարար գործընթաց է:
Էրբիումով լեգիրված ապակին հատկապես աչքի է ընկնում մանրաթելային լազերներում և մանրաթելային ուժեղացուցիչներում իր կիրառմամբ, հատկապես հեռահաղորդակցության ոլորտում: Այն հարմար է այս կիրառությունների համար, քանի որ այն արդյունավետորեն ուժեղացնում է լույսը մոտ 1550 նմ ալիքի երկարությամբ, որը օպտիկական մանրաթելային կապի համար հիմնական ալիքի երկարություն է՝ ստանդարտ սիլիցիումային մանրաթելերում իր ցածր կորստի պատճառով:
Theէրբիումիոնները կլանում են պոմպի լույսը (հաճախ՝լազերային դիոդ) և գրգռվում են դեպի ավելի բարձր էներգիական վիճակներ։ Երբ նրանք վերադառնում են ավելի ցածր էներգիական վիճակի, նրանք արձակում են ֆոտոններ լազերային ալիքի երկարությամբ՝ նպաստելով լազերային պրոցեսին։ Սա էրբիումով լեգիրված ապակին դարձնում է արդյունավետ և լայնորեն օգտագործվող ուժեղացման միջավայր տարբեր լազերային և ուժեղացուցիչների նախագծերում։
Առնչվող բլոգներ՝ Նորություններ - Էրբիումով լեգիրված ապակի. գիտություն և կիրառություններ
Պոմպային մեխանիզմներ՝ լազերների շարժիչ ուժը
Բնակչության ինվերսիայի հասնելու բազմազան մոտեցումներ
Պոմպային մեխանիզմի ընտրությունը կարևորագույն նշանակություն ունի լազերային նախագծման մեջ՝ ազդելով ամեն ինչի վրա՝ սկսած արդյունավետությունից մինչև ելքային ալիքի երկարություն: Արտաքին լույսի աղբյուրների, ինչպիսիք են լուսարձակները կամ այլ լազերները, օգտագործմամբ օպտիկական պոմպը տարածված է պինդ վիճակի և ներկանյութային լազերներում: Էլեկտրական պարպման մեթոդները սովորաբար կիրառվում են գազային լազերներում, մինչդեռ կիսահաղորդչային լազերները հաճախ օգտագործում են էլեկտրոնային ներարկում: Այս պոմպային մեխանիզմների արդյունավետությունը, մասնավորապես դիոդային պոմպային պինդ վիճակի լազերներում, վերջին հետազոտությունների կարևոր ուշադրության կենտրոնում է եղել՝ ապահովելով ավելի բարձր արդյունավետություն և կոմպակտություն:3].
Տեխնիկական նկատառումներ պոմպային արդյունավետության մեջ
Պոմպային գործընթացի արդյունավետությունը լազերի նախագծման կարևորագույն ասպեկտ է, որը ազդում է ընդհանուր կատարողականի և կիրառման պիտանիության վրա: Պինդ վիճակի լազերներում, որպես պոմպի աղբյուր, լուսարձակների և լազերային դիոդների միջև ընտրությունը կարող է զգալիորեն ազդել համակարգի արդյունավետության, ջերմային բեռի և ճառագայթի որակի վրա: Բարձր հզորության, բարձր արդյունավետության լազերային դիոդների մշակումը հեղափոխություն է մտցրել DPSS լազերային համակարգերում՝ հնարավորություն տալով ստեղծել ավելի կոմպակտ և արդյունավետ նախագծեր:4].
Օպտիկական խոռոչ. լազերային ճառագայթի նախագծում
Խոռոչի նախագծում. ֆիզիկայի և ճարտարագիտության հավասարակշռող գործողություն
Օպտիկական խոռոչը կամ ռեզոնատորը ոչ միայն պասիվ բաղադրիչ է, այլև լազերային ճառագայթի ձևավորման ակտիվ մասնակից։ Խոռոչի դիզայնը, ներառյալ հայելիների կորությունը և դասավորվածությունը, կարևոր դեր է խաղում լազերի կայունության, ռեժիմային կառուցվածքի և ելքի որոշման գործում։ Խոռոչը պետք է նախագծված լինի օպտիկական ուժեղացումը բարելավելու և կորուստները նվազագույնի հասցնելու համար, ինչը մարտահրավեր է, որը համատեղում է օպտիկական ճարտարագիտությունը ալիքային օպտիկայի հետ։5.
Տատանման պայմանները և ռեժիմի ընտրությունը
Որպեսզի լազերային տատանում տեղի ունենա, միջավայրի կողմից ապահովվող ուժեղացումը պետք է գերազանցի խոռոչի ներսում կորուստները: Այս պայմանը, զուգորդված կոհերենտ ալիքային վերադրման պահանջի հետ, պահանջում է, որ աջակցվեն միայն որոշակի երկայնական ռեժիմներ: Ռեդերի միջև հեռավորությունը և ընդհանուր ռեֆրակցիայի ցուցիչը կախված են խոռոչի ֆիզիկական երկարությունից և ուժեղացնող միջավայրի բեկման ցուցիչից:6].
Եզրակացություն
Լազերային համակարգերի նախագծումը և շահագործումը ընդգրկում են ֆիզիկայի և ճարտարագիտության լայն շրջանակ: Լազերային համակարգի յուրաքանչյուր բաղադրիչ, որը կարգավորում է ուժեղացման միջավայրը, կարևոր դեր է խաղում դրա ընդհանուր ֆունկցիոնալության մեջ: Այս հոդվածը հնարավորություն է տվել ծանոթանալու լազերային տեխնոլոգիայի բարդ աշխարհին, առաջարկելով պատկերացումներ, որոնք համապատասխանում են ոլորտի պրոֆեսորների և օպտիկական ինժեներների առաջադեմ գիտելիքներին:
Հղումներ
- 1. Siegman, AE (1986): Լազերներ. Համալսարանի գիտական գրքեր.
- 2. Սվելտո, Օ. (2010): Լազերների սկզբունքները: Springer:
- 3. Կոխներ, Վ. (2006): Պինդ մարմնի լազերային ճարտարագիտություն: Springer:
- 4. Փայփեր, Ջ.Ա., և Միլդրեն, Ռ.Պ. (2014): Դիոդային պոմպով պինդ մարմնի լազերներ: Լազերային տեխնոլոգիաների և կիրառությունների ձեռնարկում (հատոր III): CRC հրատարակչություն:
- 5. Միլոնի, Պ.Վ. և Էբերլի, Ջ.Հ. (2010)։ Լազերային ֆիզիկա։ Ուայլի։
- 6. Սիլֆվաստ, Վ.Տ. (2004): Լազերային հիմունքներ: Քեմբրիջի համալսարանի հրատարակչություն:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 27-2023