สมัครสมาชิกโซเชียลมีเดียของเราสำหรับโพสต์ที่รวดเร็ว
เลเซอร์ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นมีความน่าสนใจพอ ๆ กับที่มีความซับซ้อน ในหัวใจของพวกเขาคือซิมโฟนีของส่วนประกอบที่ทำงานอย่างพร้อมเพรียงเพื่อสร้างแสงที่สอดคล้องกันและขยาย บล็อกนี้นำเสนอความซับซ้อนของส่วนประกอบเหล่านี้ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยหลักการทางวิทยาศาสตร์และสมการเพื่อให้ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีเลเซอร์
ข้อมูลเชิงลึกขั้นสูงเกี่ยวกับส่วนประกอบของระบบเลเซอร์: มุมมองทางเทคนิคสำหรับมืออาชีพ
| ส่วนประกอบ | การทำงาน | ตัวอย่าง |
| ได้รับสื่อ | ตัวกลางที่ได้รับคือวัสดุในเลเซอร์ที่ใช้สำหรับขยายแสง มันอำนวยความสะดวกในการขยายแสงผ่านกระบวนการของการผกผันของประชากรและการปล่อยมลพิษ ทางเลือกของ Gain Medium กำหนดลักษณะการแผ่รังสีของเลเซอร์ | เลเซอร์โซลิดสเตต: EG, ND: YAG (Garnet อลูมิเนียม YTTRIUM แบบนีโอไดเมี่ยม-เจือ), ใช้ในการใช้งานทางการแพทย์และอุตสาหกรรมเลเซอร์แก๊ส: เช่นเลเซอร์ CO2 ใช้สำหรับการตัดและการเชื่อมเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์:เช่นเลเซอร์ไดโอดใช้ในการสื่อสารด้วยแสงไฟเบอร์ออปติกและพอยน์เตอร์เลเซอร์ |
| แหล่งปั๊ม | แหล่งปั๊มให้พลังงานแก่ตัวกลางที่ได้รับเพื่อให้เกิดการผกผันของประชากร (แหล่งพลังงานสำหรับการผกผันของประชากร) ทำให้การทำงานของเลเซอร์ | การสูบน้ำแบบออพติคอล: การใช้แหล่งกำเนิดแสงที่เข้มข้นเช่นแฟลชแลมป์เพื่อปั๊มเลเซอร์โซลิดสเตตการสูบไฟฟ้า: น่าตื่นเต้นแก๊สในเลเซอร์ก๊าซผ่านกระแสไฟฟ้าการสูบน้ำเซมิคอนดักเตอร์: การใช้เลเซอร์ไดโอดเพื่อปั๊มตัวกลางเลเซอร์โซลิดสเตต |
| โพรงแสง | โพรงแสงซึ่งประกอบด้วยสองกระจกสะท้อนแสงเพื่อเพิ่มความยาวเส้นทางของแสงในตัวกลางที่ได้รับซึ่งจะช่วยเพิ่มการขยายแสง มันมีกลไกการตอบรับสำหรับการขยายด้วยเลเซอร์เลือกลักษณะสเปกตรัมและเชิงพื้นที่ของแสง | โพรงระนาบระนาบ: ใช้ในการวิจัยในห้องปฏิบัติการโครงสร้างที่เรียบง่ายโพรงระนาบ: ทั่วไปในเลเซอร์อุตสาหกรรมให้คานคุณภาพสูง โพรงแหวน: ใช้ในการออกแบบที่เฉพาะเจาะจงของเลเซอร์แหวนเช่นเลเซอร์แก๊สแหวน |
Medium Gain: Nexus ของกลศาสตร์ควอนตัมและวิศวกรรมออพติคอล
ควอนตัมพลวัตในตัวกลางขยาย
ตัวกลางที่ได้รับคือที่ซึ่งกระบวนการพื้นฐานของการขยายแสงเกิดขึ้นปรากฏการณ์ที่หยั่งรากลึกในกลศาสตร์ควอนตัม การทำงานร่วมกันระหว่างสถานะพลังงานและอนุภาคภายในสื่อนั้นถูกควบคุมโดยหลักการของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการผกผันของประชากร ความสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างความเข้มแสง (i), ความเข้มเริ่มต้น (I0), การเปลี่ยนหน้าตัด (σ21) และตัวเลขอนุภาคที่ระดับพลังงานทั้งสอง (N2 และ N1) อธิบายโดยสมการ i = i0e^(σ21 (n2-N1) l) การบรรลุการผกผันของประชากรที่ N2> N1 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขยายและเป็นรากฐานที่สำคัญของฟิสิกส์เลเซอร์ [1].
สามระดับเทียบกับระบบสี่ระดับ
ในการออกแบบเลเซอร์ในทางปฏิบัติระบบสามระดับและสี่ระดับมักใช้ ระบบสามระดับในขณะที่ง่ายกว่าต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้เกิดการผกผันของประชากรเนื่องจากระดับเลเซอร์ที่ต่ำกว่าคือสถานะพื้นดิน ในทางกลับกันระบบสี่ระดับนำเสนอเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการผกผันของประชากรเนื่องจากการสลายตัวที่ไม่ใช่รังสีอย่างรวดเร็วจากระดับพลังงานที่สูงขึ้นทำให้พวกเขาแพร่หลายมากขึ้นในการใช้งานเลเซอร์สมัยใหม่ [2].
Is แก้วเอ็ดเบียมตัวกลางได้รับ?
ใช่แก้วที่เจือด้วยเออร์เบียมเป็นตัวกลางที่ได้รับการใช้ในระบบเลเซอร์ ในบริบทนี้ "ยาสลบ" หมายถึงกระบวนการเพิ่มจำนวนของไอออน Erbium (Er³⁺) จำนวนหนึ่งลงในแก้ว Erbium เป็นองค์ประกอบของโลกหายากที่เมื่อรวมอยู่ในโฮสต์แก้วสามารถขยายแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการปล่อยก๊าซเรือนกระจกซึ่งเป็นกระบวนการพื้นฐานในการทำงานด้วยเลเซอร์
แก้วที่เจือด้วยเออร์เบียมมีความโดดเด่นเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในเลเซอร์ไฟเบอร์และแอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้เพราะมันขยายแสงอย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นประมาณ 1,550 นาโนเมตรซึ่งเป็นความยาวคลื่นสำคัญสำหรับการสื่อสารเส้นใยออพติคอลเนื่องจากการสูญเสียต่ำในเส้นใยซิลิกามาตรฐาน
ที่เออร์เบียมไอออนดูดซับแสงปั๊ม (มักจะมาจากกไดโอดเลเซอร์) และรู้สึกตื่นเต้นกับสถานะพลังงานที่สูงขึ้น เมื่อพวกเขากลับสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่าพวกเขาจะปล่อยโฟตอนที่ความยาวคลื่น lasing ซึ่งมีส่วนทำให้กระบวนการเลเซอร์ สิ่งนี้ทำให้กระจกที่มีเจือด้วยเออร์เบียมเป็นสื่อที่ได้รับประสิทธิภาพและใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบเลเซอร์และแอมพลิฟายเออร์ต่างๆ
บล็อกที่เกี่ยวข้อง: ข่าว - เออร์เบียมเจือปืน: วิทยาศาสตร์และแอปพลิเคชัน
กลไกการสูบน้ำ: แรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังเลเซอร์
แนวทางที่หลากหลายในการบรรลุการผกผันของประชากร
ทางเลือกของกลไกการสูบน้ำคือหัวใจสำคัญในการออกแบบเลเซอร์ซึ่งมีผลต่อทุกอย่างตั้งแต่ประสิทธิภาพไปจนถึงความยาวคลื่นที่ส่งออก การสูบน้ำแบบออพติคอลโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงภายนอกเช่นแฟลชแอลแลมป์หรือเลเซอร์อื่น ๆ เป็นเรื่องธรรมดาในโซลิดสเตตและเลเซอร์สีย้อม โดยทั่วไปแล้ววิธีการปล่อยไฟฟ้ามักใช้ในเลเซอร์ก๊าซในขณะที่เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มักใช้การฉีดอิเล็กตรอน ประสิทธิภาพของกลไกการสูบน้ำเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเลเซอร์โซลิดสเตตแบบไดโอดเป็นจุดสนใจที่สำคัญของการวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยมีประสิทธิภาพและความกะทัดรัดที่สูงขึ้น [3].
ข้อควรพิจารณาทางเทคนิคในการปั๊มประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพของกระบวนการสูบน้ำเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบเลเซอร์ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมและความเหมาะสมของการใช้งาน ในเลเซอร์โซลิดสเตตตัวเลือกระหว่างแฟลชแอลแลมป์และเลเซอร์ไดโอดเป็นแหล่งปั๊มสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบโหลดความร้อนและคุณภาพของลำแสง การพัฒนาไดโอดเลเซอร์ที่มีกำลังสูงและมีประสิทธิภาพสูงได้ปฏิวัติระบบเลเซอร์ DPSS ทำให้การออกแบบที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น [4].
ช่องแสง: วิศวกรรมลำแสงเลเซอร์
การออกแบบโพรง: การกระทำที่สมดุลของฟิสิกส์และวิศวกรรม
โพรงแสงหรือ resonator ไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบที่แฝงอยู่ แต่เป็นผู้มีส่วนร่วมในการสร้างลำแสงเลเซอร์ การออกแบบโพรงรวมถึงความโค้งและการจัดแนวของกระจกมีบทบาทสำคัญในการกำหนดเสถียรภาพโครงสร้างโหมดและเอาท์พุทของเลเซอร์ โพรงจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มผลกำไรทางแสงในขณะที่ลดการสูญเสียลดความท้าทายที่รวมวิศวกรรมออพติคอลเข้ากับเลนส์คลื่น5.
เงื่อนไขการแกว่งและการเลือกโหมด
เพื่อให้การสั่นของเลเซอร์เกิดขึ้นกำไรที่ได้รับจากสื่อจะต้องเกินความสูญเสียภายในโพรง เงื่อนไขนี้ควบคู่ไปกับข้อกำหนดสำหรับการซ้อนทับคลื่นที่สอดคล้องกันกำหนดว่ารองรับโหมดยาวบางอย่างเท่านั้นที่ได้รับการสนับสนุน ระยะห่างของโหมดและโครงสร้างโหมดโดยรวมได้รับอิทธิพลจากความยาวทางกายภาพของโพรงและดัชนีการหักเหของอัตราขยาย [6].
บทสรุป
การออกแบบและการทำงานของระบบเลเซอร์ครอบคลุมหลักการทางฟิสิกส์และวิศวกรรมในวงกว้าง จากกลไกควอนตัมที่ควบคุมการได้รับสื่อไปจนถึงวิศวกรรมที่ซับซ้อนของโพรงแสงแต่ละองค์ประกอบของระบบเลเซอร์มีบทบาทสำคัญในการทำงานโดยรวม บทความนี้ได้ให้ภาพรวมเข้าสู่โลกที่ซับซ้อนของเทคโนโลยีเลเซอร์นำเสนอข้อมูลเชิงลึกที่สะท้อนกับความเข้าใจขั้นสูงของอาจารย์และวิศวกรออพติคอลในสาขา
การอ้างอิง
- 1. Siegman, AE (1986) เลเซอร์ หนังสือวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัย
- 2. Svelto, O. (2010) หลักการของเลเซอร์ สปริงเกอร์
- 3. Koechner, W. (2006) วิศวกรรมเลเซอร์โซลิดสเตต สปริงเกอร์
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014) ไดโอดปั๊มเลเซอร์สถานะของแข็ง ในคู่มือเทคโนโลยีเลเซอร์และแอพพลิเคชั่น (ฉบับที่ 3) CRC Press
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010) ฟิสิกส์เลเซอร์ ไวลีย์
- 6. Silfvast, WT (2004) พื้นฐานเลเซอร์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
เวลาโพสต์: พ.ย. -27-2023