Subscriviu -vos a les nostres xarxes socials per a la publicació ràpida
Els làsers, una pedra angular de la tecnologia moderna, són tan fascinants com complexos. Al seu cor hi ha una simfonia de components que treballen a l’uníson per produir llum coherent i amplificada. Aquest bloc aprofundeix en les complexitats d’aquests components, recolzats en principis i equacions científiques, per proporcionar una comprensió més profunda de la tecnologia làser.
Informació avançada sobre components del sistema làser: una perspectiva tècnica per als professionals
| Component | Funcionar | Exemplars |
| Guanyar mig | El medi de guany és el material en un làser utilitzat per amplificar la llum. Facilita l’amplificació de la llum mitjançant el procés d’inversió de la població i l’emissió estimulada. L’elecció del medi de guany determina les característiques de radiació del làser. | Làsers d’estat sòlid: per exemple, ND: YAG (grannet d'alumini de Yttrium dopat amb neodimi), utilitzat en aplicacions mèdiques i industrials.Làsers de gas: per exemple, làsers de CO2, utilitzats per tallar i soldadura.Làsers semiconductors:Per exemple, díodes làser, utilitzats en la comunicació de fibra òptica i els indicadors làser. |
| Font de bombament | La font de bombament proporciona energia al medi de guany per aconseguir la inversió de la població (la font d’energia per a la inversió de la població), permetent el funcionament làser. | Bombament òptic: Utilitzant fonts de llum intenses com els flashamps per bombejar làsers d'estat sòlid.Bombament elèctric: Emocionant el gas en làsers de gas a través del corrent elèctric.Bombament de semiconductors: Utilitzant díodes làser per bombar el medi làser d'estat sòlid. |
| Cavitat òptica | La cavitat òptica, formada per dos miralls, reflecteix la llum per augmentar la longitud de la llum del medi de guany, millorant així l'amplificació de la llum. Proporciona un mecanisme de retroalimentació per a l'amplificació làser, seleccionant les característiques espectrals i espacials de la llum. | Cavitat plana-planar: Utilitzat en investigació de laboratori, estructura simple.Cavitat de Concave Planar: Comú en els làsers industrials, proporciona feixos de gran qualitat. Cavitat d'anell: Utilitzat en dissenys específics de làsers d'anells, com els làsers de gas d'anell. |
El medi de guany: un nexe de mecànica quàntica i enginyeria òptica
Dinàmica quàntica al medi de guany
El medi de guany és on es produeix el procés fonamental d’amplificació de la llum, un fenomen profundament arrelat en la mecànica quàntica. La interacció entre estats energètics i partícules dins del medi es regeix pels principis de l’emissió estimulada i la inversió de la població. La relació crítica entre la intensitat de la llum (I), la intensitat inicial (I0), la secció transversal de transició (σ21) i el nombre de partícules als dos nivells d’energia (N2 i N1) es descriu per l’equació i = i0e^(σ21 (N2-N1) L). Assolir una inversió de població, on N2> N1, és essencial per a l'amplificació i és una pedra angular de la física làser [1].
Sistemes de tres nivells davant de quatre nivells
En dissenys pràctics làser, els sistemes de tres nivells i de quatre nivells s’utilitzen habitualment. Els sistemes de tres nivells, tot i que són més senzills, requereixen més energia per aconseguir la inversió de la població, ja que el nivell làser inferior és l’estat fonamental. Els sistemes de quatre nivells, d’altra banda, ofereixen una ruta més eficient a la inversió de la població a causa de la ràpida decadència no radiactiva des del nivell d’energia més elevat, cosa que els fa més freqüent en les aplicacions làser modernes [2].
Is Vidre dopat per erbiumUn mitjà de guany?
Sí, el vidre dopat per erbium és, de fet, un tipus de medi de guany utilitzat en els sistemes làser. En aquest context, el "dopatge" es refereix al procés d'afegir una certa quantitat d'ions erbi (er³⁺) al vidre. L’erbium és un element de terra rara que, quan s’incorpora a un hoste de vidre, pot amplificar eficaçment la llum mitjançant l’emissió estimulada, un procés fonamental en el funcionament làser.
El vidre dopat per Erbium és especialment destacable pel seu ús en làsers de fibra i amplificadors de fibra, especialment en la indústria de les telecomunicacions. És adequat per a aquestes aplicacions perquè amplifica de manera eficient la llum a les longituds d’ona al voltant de 1550 nm, que és una longitud d’ona clau per a les comunicacions de fibra òptica per la seva baixa pèrdua de fibres estàndard de sílice.
ElerbiumEls ions absorbeixen la llum de la bomba (sovint des d'undíode làser) i estan entusiasmats amb estats energètics més elevats. Quan tornen a un estat d’energia inferior, emeten fotons a la longitud d’ona de làsing, contribuint al procés làser. Això fa que el vidre dopat per erbium sigui un medi de guany eficaç i àmpliament utilitzat en diversos dissenys làser i amplificadors.
Blogs relacionats: Notícies: vidre dopat per erbium: ciències i aplicacions
Mecanismes de bombament: la força motriu que hi ha darrere dels làsers
Diversos enfocaments per assolir la inversió de la població
L’elecció del mecanisme de bombament és fonamental en el disseny làser, influint en tot, des de l’eficiència fins a la longitud d’ona de sortida. El bombament òptic, que utilitza fonts de llum externes com ara flaixos o altres làsers, és comú en làsers d’estat sòlid i de colorant. Els mètodes de descàrrega elèctrica s’utilitzen normalment en làsers de gas, mentre que els làsers semiconductors solen utilitzar la injecció d’electrons. L’eficiència d’aquests mecanismes de bombament, particularment en els làsers d’estat sòlid bombats amb díodes, ha estat un focus significatiu de les investigacions recents, oferint una major eficiència i compactació [3].
Consideracions tècniques en l'eficiència del bombament
L’eficiència del procés de bombament és un aspecte crític del disseny làser, que afecta el rendiment global i la idoneïtat de l’aplicació. En els làsers d’estat sòlid, l’elecció entre flashpams i díodes làser com a font de la bomba pot afectar significativament l’eficiència del sistema, la càrrega tèrmica i la qualitat del feix. El desenvolupament de díodes làser d’alta eficiència d’alta eficiència ha revolucionat els sistemes làser DPSS, permetent dissenys més compactes i eficients [4].
La cavitat òptica: enginyeria del feix làser
Disseny de la cavitat: un acte de física i enginyeria equilibrat
La cavitat òptica, o ressonador, no és només un component passiu, sinó un participant actiu en la conformació del feix làser. El disseny de la cavitat, inclosa la curvatura i l’alineació dels miralls, té un paper crucial en la determinació de l’estabilitat, l’estructura del mode i la sortida del làser. La cavitat ha de ser dissenyada per millorar el guany òptic alhora que minimitza les pèrdues, un repte que combina l’enginyeria òptica amb l’òptica d’ona5.
Condicions d’oscil·lació i selecció del mode
Perquè es produeixi oscil·lació làser, el guany proporcionat pel medi ha de superar les pèrdues dins de la cavitat. Aquesta condició, juntament amb el requisit de la superposició d’ona coherent, dicta que només es recolzen certs modes longitudinals. L’espai entre el mode i l’estructura del mode global estan influenciats per la longitud física de la cavitat i l’índex de refracció del medi de guany [6].
Conclusió
El disseny i el funcionament dels sistemes làser inclouen un ampli espectre de principis de física i enginyeria. Des de la mecànica quàntica que regula el medi de guany fins a l’enginyeria complexa de la cavitat òptica, cada component d’un sistema làser té un paper vital en la seva funcionalitat global. Aquest article ha proporcionat una visió del complex món de la tecnologia làser, oferint informació que ressona amb la comprensió avançada de professors i enginyers òptics en el camp.
Referències
- 1. Siegman, AE (1986). Làsers. Llibres de ciències universitàries.
- 2. Svelto, O. (2010). Principis de làsers. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Enginyeria làser en estat sòlid. Springer.
- 4. Piper, JA, i Mildren, RP (2014). Làsers d’estat sòlid bombats amb díode. Al manual de tecnologia i aplicacions làser (vol. III). CRC Press.
- 5. Milonni, PW, i Eberly, JH (2010). Física làser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Fonaments làser. Cambridge University Press.
Post Horari: 27 de novembre de 2023