Prinsip kerja dasar laser (amplifikasi cahaya dengan emisi radiasi yang distimulasi) didasarkan pada fenomena emisi cahaya yang distimulasi. Melalui serangkaian desain dan struktur yang tepat, laser menghasilkan balok dengan koherensi tinggi, monokromatik, dan kecerahan. Laser banyak digunakan dalam teknologi modern, termasuk di bidang seperti komunikasi, kedokteran, manufaktur, pengukuran, dan penelitian ilmiah. Efisiensi tinggi dan karakteristik kontrol yang tepat menjadikannya komponen inti dari banyak teknologi. Di bawah ini adalah penjelasan terperinci tentang prinsip -prinsip kerja laser dan mekanisme berbagai jenis laser.
1. Emisi yang dirangsang
Emisi yang dirangsangadalah prinsip mendasar di balik generasi laser, yang pertama kali diusulkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menjelaskan bagaimana foton yang lebih koheren diproduksi melalui interaksi antara materi cahaya dan keadaan tereksitasi. Untuk lebih memahami emisi yang distimulasi, mari kita mulai dengan emisi spontan:
Emisi spontan: Dalam atom, molekul, atau partikel mikroskopis lainnya, elektron dapat menyerap energi eksternal (seperti energi listrik atau optik) dan transisi ke tingkat energi yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai keadaan tereksitasi. Namun, elektron keadaan tereksitasi tidak stabil dan pada akhirnya akan kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, yang dikenal sebagai keadaan dasar, setelah waktu yang singkat. Selama proses ini, elektron melepaskan foton, yang merupakan emisi spontan. Foton seperti itu acak dalam hal frekuensi, fase, dan arah, dan dengan demikian kekurangan koherensi.
Emisi yang dirangsang: Kunci untuk distimulasi emisi adalah bahwa ketika elektron keadaan tereksitasi menemukan foton dengan energi yang sesuai dengan energi transisi, foton dapat mendorong elektron untuk kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan foton baru. Foton baru identik dengan yang asli dalam hal frekuensi, fase, dan arah propagasi, menghasilkan cahaya yang koheren. Fenomena ini secara signifikan memperkuat jumlah dan energi foton dan merupakan mekanisme inti laser.
Efek umpan balik positif dari emisi yang distimulasi: Dalam desain laser, proses emisi yang distimulasi diulang beberapa kali, dan efek umpan balik positif ini dapat secara eksponensial meningkatkan jumlah foton. Dengan bantuan rongga resonansi, koherensi foton dipertahankan, dan intensitas balok cahaya terus meningkat.
2. Dapatkan media
Itumendapatkan mediaadalah bahan inti dalam laser yang menentukan amplifikasi foton dan output laser. Ini adalah dasar fisik untuk emisi yang distimulasi, dan sifat -sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang, dan daya output laser. Jenis dan karakteristik media gain secara langsung mempengaruhi aplikasi dan kinerja laser.
Mekanisme eksitasi: Elektron dalam medium penguatan harus bersemangat ke tingkat energi yang lebih tinggi oleh sumber energi eksternal. Proses ini biasanya dicapai oleh sistem pasokan energi eksternal. Mekanisme eksitasi umum meliputi:
Pemompaan listrik: Menyenangkan elektron dalam medium penguatan dengan menerapkan arus listrik.
Pompa optik: Menyenangkan medium dengan sumber cahaya (seperti lampu flash atau laser lain).
Sistem tingkat energi: Elektron dalam media penguatan biasanya didistribusikan dalam tingkat energi tertentu. Yang paling umum adalahsistem dua tingkatDansistem empat tingkat. Dalam sistem dua tingkat sederhana, transisi elektron dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi dan kemudian kembali ke keadaan dasar melalui emisi yang distimulasi. Dalam sistem empat tingkat, elektron menjalani transisi yang lebih kompleks antara tingkat energi yang berbeda, seringkali menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.
Jenis Gain Media:
Media Penguatan Gas: Misalnya, laser helium-neon (he-ne). Media gain gas dikenal karena output stabil dan panjang gelombang tetap, dan banyak digunakan sebagai sumber cahaya standar di laboratorium.
Medium Penguatan Cairan: Misalnya, laser pewarna. Molekul pewarna memiliki sifat eksitasi yang baik di berbagai panjang gelombang, membuatnya ideal untuk laser yang dapat merdu.
Solid Gain Medium: Misalnya, ND (neodymium-doped yttrium aluminium garnet) laser. Laser ini sangat efisien dan kuat, dan banyak digunakan dalam pemotongan industri, pengelasan, dan aplikasi medis.
Medium Penguatan Semikonduktor: Misalnya, bahan gallium arsenide (GAAS) banyak digunakan dalam komunikasi dan perangkat optoelektronik seperti dioda laser.
3. Rongga Resonator
Iturongga resonatoradalah komponen struktural dalam laser yang digunakan untuk umpan balik dan amplifikasi. Fungsi intinya adalah untuk meningkatkan jumlah foton yang dihasilkan melalui emisi yang distimulasi dengan mencerminkan dan memperkuatnya di dalam rongga, sehingga menghasilkan output laser yang kuat dan terfokus.
Struktur rongga resonator: Biasanya terdiri dari dua cermin paralel. Salah satunya adalah cermin yang sepenuhnya reflektif, yang dikenal sebagaicermin belakang, dan yang lainnya adalah cermin reflektif sebagian, dikenal sebagaicermin keluaran. Foton mencerminkan bolak -balik dalam rongga dan diperkuat melalui interaksi dengan media penguatan.
Kondisi resonansi: Desain rongga resonator harus memenuhi kondisi tertentu, seperti memastikan bahwa foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Ini membutuhkan panjang rongga untuk menjadi kelipatan panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi kondisi ini yang dapat diamplifikasi secara efektif di dalam rongga.
Balok output: Cermin reflektif sebagian memungkinkan sebagian dari balok cahaya yang diamplifikasi untuk dilewati, membentuk balok output laser. Balok ini memiliki arah, koherensi, dan monokromatik yang tinggi.
Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut atau tertarik pada laser, jangan ragu untuk menghubungi kami:
Lumispot
Alamat: Bangunan 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Cina
Telp: + 86-0510 87381808.
Ponsel: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Situs web: www.lumispot-tech.com
Waktu posting: Sep-18-2024