Principio e applicazione del laser
Come funziona il laser
Un laser è un dispositivo che emette luce laser. A seconda del mezzo di lavoro, il laser può essere suddiviso in quattro categorie: laser a gas, laser solido, laser a semiconduttore e laser a colorante. Recentemente sono stati sviluppati laser a elettroni liberi. I laser ad alta potenza sono generalmente un'uscita pulsata.
Fatta eccezione per i laser a elettroni liberi, i principi di funzionamento di base dei vari laser sono gli stessi. La condizione indispensabile per generare luce laser è che l'inversione di popolazione e il guadagno siano maggiori della perdita, quindi i componenti indispensabili del dispositivo sono la sorgente di eccitazione (o pompaggio) e il mezzo di lavoro con il livello di energia metastabile. L'eccitazione è l'eccitazione del mezzo di lavoro per eccitare lo stato eccitato, creando le condizioni per raggiungere e mantenere l'inversione della popolazione. I metodi di incentivazione includono l'eccitazione ottica, l'eccitazione elettrica, l'eccitazione chimica e l'eccitazione dell'energia nucleare.
Il livello di energia metastabile del mezzo di lavoro è tale che la radiazione stimolata domina, ottenendo così l'amplificazione ottica. Un componente comune di un laser è una cavità risonante, ma la cavità risonante (vedi cavità ottica) non è un componente indispensabile. La cavità risonante consente ai fotoni nella cavità di avere una frequenza, una fase e una direzione di viaggio costanti, consentendo così al laser di avere una buona direzionalità e coerenza. Inoltre, può accorciare bene la lunghezza della sostanza di lavoro e può anche regolare la modalità del laser generato cambiando la lunghezza della cavità (cioè, selezione della modalità), quindi il laser ha generalmente una cavità risonante.
Tre componenti del laser
Innanzitutto, la sostanza di lavoro
Al centro del laser, solo le sostanze in grado di raggiungere transizioni di livello di energia possono essere utilizzate come sostanze di lavoro per il laser.
Second, incentive energy
Il suo ruolo è quello di energizzare la sostanza di lavoro, l'atomo è eccitato dal livello di energia basso all'energia esterna del livello di energia alto. Di solito ci sono energia luminosa, energia termica, energia elettrica, energia chimica e così via.
In terzo luogo, il ruolo della cavità ottica:
Innanzitutto, la radiazione stimolata della sostanza di lavoro viene eseguita continuamente;
Il secondo è accelerare costantemente il fotone;
Il terzo è limitare la direzione dell'uscita del laser.
La cavità ottica più semplice è costituita da due specchi reciprocamente paralleli posti alle estremità del laser HeNe. Quando alcuni atomi di deuterio transitano tra due livelli di energia che raggiungono l'inversione delle particelle ed emettono fotoni paralleli alla direzione del laser, questi fotoni rifletteranno avanti e indietro tra i due specchi, provocando così costantemente radiazioni stimolate. Un laser molto potente viene prodotto molto rapidamente.
La luce pura e lo spettro stabile del laser possono essere applicati in molti modi.
Laser a rubino
Il laser originale è stato sfregato da una lampadina flash luminosa e il laser prodotto è stato un laser"" piuttosto che un raggio continuamente stabile. La qualità della luce prodotta da questo laser è essenzialmente diversa dal laser prodotto dal diodo laser che usiamo oggi. Questa intensa emissione di luce, che dura solo pochi nanosecondi, è ideale per catturare oggetti facili da spostare, come i ritratti di ritratti olografici. Il primo ritratto laser è nato nel 1967. I laser Ruby richiedono rubini costosi e possono produrre solo brevi lampi di luce.
Laser ad elio
Nel 1960 gli scienziati Ali Javan, William R. Brennet Jr. e Donald Herriot progettarono il laser HeNe. Questo è il primo laser a gas comunemente utilizzato nei fotografi olografici.
Due vantaggi: 1. Produrre un'uscita laser continua; 2. Non è necessario che la lampadina del flash esegua l'eccitazione della luce, ma utilizzare il gas di eccitazione elettrico.
Diodo laser
Il diodo laser è uno dei laser più comunemente usati. Il fenomeno della ricombinazione spontanea di elettroni e lacune su entrambi i lati della giunzione PN di un diodo è chiamato emissione spontanea. Quando i fotoni generati dall'emissione spontanea attraversano il semiconduttore, una volta passati attraverso le coppie elettrone-lacuna emesse, possono essere eccitati per ricombinarsi per produrre nuovi fotoni, che inducono i portatori eccitati a ricombinarsi ed emettere nuovi fotoni. Il fenomeno è chiamato radiazione stimolata.
Se la corrente di iniezione è sufficientemente grande, si forma una distribuzione portante opposta allo stato di equilibrio termico, ovvero il numero della popolazione viene invertito. Quando i portatori nello strato attivo si trovano in un gran numero di inversioni, una piccola quantità di fotoni generati spontaneamente genera radiazione induttiva a causa della riflessione reciproca ad entrambe le estremità della cavità risonante, con conseguente feedback selettivo della risonanza selettiva in frequenza, o guadagno per una certa frequenza. Quando il guadagno è maggiore della perdita di assorbimento, una luce coerente con una buona linea spettrale, il laser, può essere emessa dalla giunzione PN. L'invenzione dei diodi laser consente la rapida applicazione di applicazioni laser, vari tipi di scansione di informazioni, comunicazione in fibra ottica, raggio laser, radar laser, dischi laser, puntatori laser, collezioni di supermercati, ecc. E varie applicazioni vengono continuamente sviluppate e rese popolari .