El principi bàsic de treball d’un làser

El principi bàsic de funcionament d’un làser (amplificació de llum per emissió estimulada de radiació) es basa en el fenomen de l’emissió estimulada de la llum. Mitjançant una sèrie de dissenys i estructures precises, els làsers generen bigues amb alta coherència, monocromaticitat i brillantor. Els làsers s’utilitzen àmpliament en la tecnologia moderna, inclosos en camps com la comunicació, la medicina, la fabricació, la mesura i la investigació científica. La seva alta eficiència i les seves característiques de control precises els converteixen en el component bàsic de moltes tecnologies. A continuació, es mostra una explicació detallada dels principis de treball dels làsers i els mecanismes de diferents tipus de làsers.

1. Emissió estimulada

Emissió estimuladaés el principi fonamental de la generació làser, proposat per Einstein per primera vegada el 1917. Aquest fenomen descriu com es produeixen més fotons coherents mitjançant la interacció entre la matèria de la llum i l’estat excitat. Per entendre millor l’emissió estimulada, comencem amb l’emissió espontània:

Emissió espontània: En àtoms, molècules o altres partícules microscòpiques, els electrons poden absorbir energia externa (com l’energia elèctrica o òptica) i la transició a un nivell d’energia més elevat, conegut com a estat excitat. Tanmateix, els electrons d’estat excitat són inestables i acabaran tornant a un nivell d’energia inferior, conegut com a estat terrestre, després d’un curt període. Durant aquest procés, l'electró allibera un fotó, que és una emissió espontània. Aquests fotons són aleatoris en termes de freqüència, fase i direcció i, per tant, no tenen coherència.

Emissió estimulada: La clau per a l’emissió estimulada és que quan un electró en estat excitat es troba amb un fotó amb una energia que coincideixi amb la seva energia de transició, el fotó pot demanar que l’electró torni a l’estat terrestre mentre alliberi un nou fotó. El nou fotó és idèntic al original en termes de freqüència, fase i direcció de propagació, donant lloc a una llum coherent. Aquest fenomen amplifica significativament el nombre i l’energia dels fotons i és el mecanisme bàsic dels làsers.

Efecte de retroalimentació positiva de l’emissió estimulada: En el disseny de làsers, el procés d’emissió estimulada es repeteix diverses vegades i aquest efecte de retroalimentació positiva pot augmentar exponencialment el nombre de fotons. Amb l’ajuda d’una cavitat ressonant, es manté la coherència dels fotons i s’incrementa contínuament la intensitat del feix de llum.

2. Gaudeix mitjà

Elguanyar migés el material bàsic del làser que determina l'amplificació de fotons i la sortida làser. És la base física per a l’emissió estimulada i les seves propietats determinen la freqüència, la longitud d’ona i la potència de sortida del làser. El tipus i les característiques del medi de guany afecten directament l’aplicació i el rendiment del làser.

Mecanisme d’excitació: Els electrons del medi de guany han d’estar entusiasmats amb un nivell d’energia més elevat per una font d’energia externa. Aquest procés s’aconsegueix generalment mitjançant sistemes de subministrament d’energia externs. Els mecanismes d’excitació comuns inclouen:

Bombament elèctric: Emocionant els electrons del medi de guany aplicant un corrent elèctric.

Bombament òptic: Emocionant el medi amb una font de llum (com ara una làmpada o un altre làser).

Sistema de nivells d’energia: Els electrons del medi de guany es distribueixen normalment en nivells d’energia específics. Els més habituals sónsistemes de dos nivellsiSistemes de quatre nivells. En un sistema senzill de dos nivells, els electrons passen de l’estat terrestre a l’estat excitat i després tornen a l’estat fonamental mitjançant l’emissió estimulada. En un sistema de quatre nivells, els electrons experimenten transicions més complexes entre diferents nivells d’energia, sovint donant lloc a una major eficiència.

Tipus de guanys de guanys:

Guany de gas mitjà: Per exemple, els làsers d’heli-neon (he-ne). Els suports de guany de gas són coneguts per la seva producció estable i la longitud d’ona fixa i s’utilitzen àmpliament com a fonts de llum estàndard als laboratoris.

Guany de líquid mitjà: Per exemple, tintures de tintura. Les molècules de colorant tenen bones propietats d’excitació a través de diferents longituds d’ona, cosa que les fa ideals per a làsers ajustables.

Mitjà de guany sòlid: Per exemple, ND (Garnet d'alumini de Yttrium dopat per neodimi). Aquests làsers són altament eficients i potents i s’utilitzen àmpliament en les aplicacions de tall industrial, soldadura i mèdica.

Gaudiu de semiconductors medi: Per exemple, els materials de Gallium Arsenide (GAAS) s’utilitzen àmpliament en dispositius de comunicació i optoelectrònics com els díodes làser.

3. Cavitat de ressonador

ElCavitat ressonadoraés un component estructural del làser utilitzat per a la retroalimentació i l'amplificació. La seva funció bàsica és millorar el nombre de fotons produïts mitjançant l’emissió estimulada reflectint -los i amplificant -los dins de la cavitat, generant així una sortida làser forta i centrada.

Estructura de la cavitat del ressonador: Normalment consta de dos miralls paral·lels. Un és un mirall plenament reflectant, conegut com elmirall posterior, i l'altre és un mirall parcialment reflectant, conegut com elmirall de sortida. Els fotons reflecteixen una i altra vegada dins de la cavitat i s’amplifiquen mitjançant la interacció amb el medi de guany.

Condició de ressonància: El disseny de la cavitat del ressonador ha de complir determinades condicions, com ara assegurar -se que els fotons formen ones de peu dins de la cavitat. Això requereix que la longitud de la cavitat sigui una longitud d’ona làser. Només les ones de llum que compleixen aquestes condicions es poden amplificar eficaçment dins de la cavitat.

Biga de sortida: El mirall parcialment reflectant permet passar una porció del feix de llum amplificat, formant el feix de sortida del làser. Aquest feix té una alta direccionalitat, coherència i monocromaticitat.

Si voleu obtenir més informació o us interessa els làsers, no dubteu en contactar amb nosaltres:

Lumispot

Adreça: Edifici 4 #, núm. 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Xina

Tel: + 86-0510 87381808.

Mòbil: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

Lloc web: www.lumispot-tech.com