Լազերի աշխատանքի հիմնական սկզբունքը

Լազերի աշխատանքի հիմնական սկզբունքը (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) հիմնված է լույսի խթանված արտանետման ֆենոմենի վրա։ Մի շարք ճշգրիտ նախագծումների և կառուցվածքների միջոցով լազերները առաջացնում են բարձր համակցվածություն, մոնոխրոմատիկություն և պայծառություն ունեցող ճառագայթներ: Լազերները լայնորեն կիրառվում են ժամանակակից տեխնոլոգիաներում, այդ թվում այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կապը, բժշկությունը, արտադրությունը, չափումները և գիտական ​​հետազոտությունները: Նրանց բարձր արդյունավետությունը և ճշգրիտ վերահսկման բնութագրերը դրանք դարձնում են բազմաթիվ տեխնոլոգիաների հիմնական բաղադրիչը: Ստորև ներկայացված է լազերների աշխատանքի սկզբունքների և տարբեր տեսակի լազերների մեխանիզմների մանրամասն բացատրությունը:

1. Խթանված արտանետում

Խթանված արտանետումԼազերային գեներացիայի հիմնական սկզբունքն է, որն առաջին անգամ առաջարկվել է Էյնշտեյնի կողմից 1917 թվականին: Այս երևույթը նկարագրում է, թե ինչպես են ավելի համահունչ ֆոտոններ արտադրվում լույսի և գրգռված վիճակի նյութի փոխազդեցության միջոցով: Խթանված արտանետումը ավելի լավ հասկանալու համար եկեք սկսենք ինքնաբուխ արտանետումից.

Ինքնաբուխ արտանետումԱտոմներում, մոլեկուլներում կամ այլ մանրադիտակային մասնիկներում էլեկտրոնները կարող են կլանել արտաքին էներգիան (օրինակ՝ էլեկտրական կամ օպտիկական էներգիան) և անցնել ավելի բարձր էներգիայի մակարդակի, որը հայտնի է որպես գրգռված վիճակ։ Այնուամենայնիվ, գրգռված վիճակի էլեկտրոնները անկայուն են և կարճ ժամանակահատվածից հետո ի վերջո կվերադառնան էներգիայի ավելի ցածր մակարդակ, որը հայտնի է որպես հիմնական վիճակ: Այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնն արձակում է ֆոտոն, որը ինքնաբուխ արտանետում է։ Այդպիսի ֆոտոնները պատահական են հաճախականության, փուլի և ուղղության առումով և, հետևաբար, չունեն համապատասխանություն։

Խթանված արտանետումԽթանված արտանետման բանալին այն է, որ երբ գրգռված վիճակի էլեկտրոնը բախվում է իր անցումային էներգիայի համապատասխան էներգիայով ֆոտոնին, ֆոտոնը կարող է հուշել էլեկտրոնին վերադառնալ հիմնական վիճակին, մինչդեռ նոր ֆոտոն արձակում է: Նոր ֆոտոնը հաճախականության, փուլի և տարածման ուղղության առումով նույնական է սկզբնականին, ինչի արդյունքում ստացվում է համահունչ լույս: Այս երևույթը զգալիորեն մեծացնում է ֆոտոնների քանակն ու էներգիան և հանդիսանում է լազերների հիմնական մեխանիզմը։

Խթանված արտանետումների դրական արձագանքի ազդեցությունըԼազերների նախագծման ժամանակ խթանված արտանետման գործընթացը կրկնվում է մի քանի անգամ, և այս դրական արձագանքի էֆեկտը կարող է էքսպոնենցիալ մեծացնել ֆոտոնների քանակը: Ռեզոնանսային խոռոչի օգնությամբ պահպանվում է ֆոտոնների համախմբվածությունը, իսկ լույսի ճառագայթի ինտենսիվությունը շարունակաբար մեծանում է։

2. Ստացեք միջին

Այնձեռք բերել միջինլազերի հիմնական նյութն է, որը որոշում է ֆոտոնների ուժեղացումը և լազերային ելքը: Այն խթանված արտանետման ֆիզիկական հիմքն է, և դրա հատկությունները որոշում են լազերի հաճախականությունը, ալիքի երկարությունը և ելքային հզորությունը: Գազային միջավայրի տեսակը և բնութագրերը ուղղակիորեն ազդում են լազերի կիրառման և կատարողականի վրա:

Գրգռման մեխանիզմԷլեկտրոնները էներգիայի արտաքին աղբյուրի միջոցով պետք է ոգևորվեն էներգիայի ավելի բարձր մակարդակի վրա: Այս գործընթացը սովորաբար իրականացվում է արտաքին էներգիայի մատակարարման համակարգերի միջոցով: Ընդհանուր գրգռման մեխանիզմները ներառում են.

Էլեկտրական պոմպԷլեկտրոնների գրգռում ելքային միջավայրում էլեկտրական հոսանքի կիրառմամբ:

Օպտիկական մղումԼույսի աղբյուրով (օրինակ՝ լուսաբռնկիչ կամ մեկ այլ լազեր) միջավայրը գրգռելը:

Էներգիայի մակարդակների համակարգԷլեկտրոնները շահույթի միջավայրում սովորաբար բաշխվում են էներգիայի հատուկ մակարդակներում: Առավել տարածված եներկաստիճան համակարգերևչորս մակարդակի համակարգեր. Պարզ երկաստիճան համակարգում էլեկտրոնները հիմնական վիճակից անցնում են գրգռված վիճակի և այնուհետև վերադառնում են հիմնական վիճակ գրգռված արտանետումների միջոցով: Չորս մակարդակի համակարգում էլեկտրոնները ենթարկվում են ավելի բարդ անցումների էներգիայի տարբեր մակարդակների միջև, ինչը հաճախ հանգեցնում է ավելի բարձր արդյունավետության:

Շահույթի մեդիայի տեսակները:

Գազի շահույթ միջինՕրինակ՝ հելիում-նեոնային (He-Ne) լազերներ։ Գազի ստացման միջավայրերը հայտնի են իրենց կայուն ելքով և ֆիքսված ալիքի երկարությամբ և լայնորեն օգտագործվում են որպես ստանդարտ լույսի աղբյուրներ լաբորատորիաներում:

Liquid Gain MediumՕրինակ՝ ներկող լազերներ։ Ներկերի մոլեկուլները տարբեր ալիքների երկարություններում լավ գրգռման հատկություն ունեն, ինչը նրանց դարձնում է իդեալական կարգավորվող լազերների համար:

Պինդ շահույթ միջինՕրինակ՝ Nd (նեոդիմում պարունակվող իտրիումի ալյումինե նռնաքար) լազերներ: Այս լազերները շատ արդյունավետ և հզոր են և լայնորեն օգտագործվում են արդյունաբերական կտրման, եռակցման և բժշկական կիրառություններում:

Կիսահաղորդիչների ձեռքբերման միջինՕրինակ, գալիումի արսենիդի (GaAs) նյութերը լայնորեն օգտագործվում են կապի և օպտոէլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են լազերային դիոդները:

3. Ռեզոնատորի խոռոչ

Այնռեզոնատորի խոռոչԼազերի կառուցվածքային բաղադրիչ է, որն օգտագործվում է հետադարձ կապի և ուժեղացման համար: Դրա հիմնական գործառույթը խթանված արտանետումների միջոցով արտադրվող ֆոտոնների քանակի ավելացումն է՝ դրանք արտացոլելով և ուժեղացնելով խոռոչի ներսում՝ այդպիսով առաջացնելով ուժեղ և կենտրոնացված լազերային ելք:

Ռեզոնատորի խոռոչի կառուցվածքըԱյն սովորաբար բաղկացած է երկու զուգահեռ հայելիներից: Մեկը լիովին արտացոլող հայելի է, որը հայտնի է որպեսհետևի հայելի, իսկ մյուսը մասամբ արտացոլող հայելի է, որը հայտնի է որպեսելքային հայելին. Ֆոտոններն արտացոլվում են ետ ու առաջ խոռոչի ներսում և ուժեղանում են ստացման միջավայրի հետ փոխազդեցության միջոցով:

Ռեզոնանսային վիճակՌեզոնատորի խոռոչի նախագծումը պետք է համապատասխանի որոշակի պայմանների, օրինակ՝ ապահովել, որ ֆոտոնները խոռոչի ներսում կանգնած ալիքներ ձևավորեն: Սա պահանջում է, որ խոռոչի երկարությունը լինի լազերային ալիքի երկարության բազմապատիկ: Միայն լույսի ալիքները, որոնք համապատասխանում են այս պայմաններին, կարող են արդյունավետորեն ուժեղացնել խոռոչի ներսում:

Ելքային ճառագայթՄասամբ արտացոլող հայելին թույլ է տալիս ուժեղացված լույսի ճառագայթի մի մասի միջով անցնել՝ ձևավորելով լազերային ելքային ճառագայթը: Այս ճառագայթն ունի բարձր ուղղություն, համահունչ և մոնոխրոմատիկություն.

Եթե ​​ցանկանում եք ավելին իմանալ կամ հետաքրքրված եք լազերներով, խնդրում ենք ազատ զգալ կապվել մեզ հետ.

Lumispot

Հասցե՝ 4 շենք, Ֆուրոնգ 3-րդ ճանապարհ, թիվ 99, Խիշան թաղ. Wuxi, 214000, Չինաստան

Հեռ՝ + 86-0510 87381808։

Բջջային՝ + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Կայք՝ www.lumispot-tech.com