หลักการทำงานพื้นฐานของเลเซอร์

หลักการทำงานพื้นฐานของเลเซอร์ (การขยายแสงโดยการปล่อยรังสีที่ถูกกระตุ้น) ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการปล่อยแสงกระตุ้น ผ่านชุดของการออกแบบและโครงสร้างที่แม่นยำเลเซอร์สร้างคานที่มีความเชื่อมโยงกันสูงความเป็นโมโนโครมและความสว่าง เลเซอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีที่ทันสมัยรวมถึงในสาขาต่าง ๆ เช่นการสื่อสารการแพทย์การผลิตการวัดและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ประสิทธิภาพสูงและลักษณะการควบคุมที่แม่นยำของพวกเขาทำให้พวกเขาเป็นองค์ประกอบหลักของเทคโนโลยีมากมาย ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการทำงานของเลเซอร์และกลไกของเลเซอร์ประเภทต่าง ๆ

1. การปล่อยมลพิษกระตุ้น

การปล่อยมลพิษเป็นหลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการสร้างเลเซอร์ซึ่งเสนอครั้งแรกโดย Einstein ในปี 1917 ปรากฏการณ์นี้อธิบายว่าโฟตอนที่เชื่อมโยงกันได้มากขึ้นผ่านการปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและสสารตื่นเต้น เพื่อให้เข้าใจการปล่อยมลพิษกระตุ้นให้เริ่มต้นด้วยการปล่อยก๊าซธรรมชาติ:

การปล่อยก๊าซธรรมชาติ: ในอะตอมโมเลกุลหรืออนุภาคกล้องจุลทรรศน์อื่น ๆ อิเล็กตรอนสามารถดูดซับพลังงานภายนอก (เช่นพลังงานไฟฟ้าหรือแสง) และการเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นหรือที่เรียกว่าสถานะที่ตื่นเต้น อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนที่น่าตื่นเต้นนั้นไม่เสถียรและในที่สุดจะกลับสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าหรือที่เรียกว่าสถานะพื้นดินหลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ ในระหว่างกระบวนการนี้อิเล็กตรอนจะปล่อยโฟตอนซึ่งเป็นการปล่อยที่เกิดขึ้นเอง โฟตอนดังกล่าวมีการสุ่มในแง่ของความถี่เฟสและทิศทางและขาดความเชื่อมโยงกัน

การปล่อยมลพิษ: กุญแจสำคัญในการกระตุ้นการปล่อยก๊าซคือเมื่ออิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นรัฐพบโฟตอนด้วยพลังงานที่ตรงกับพลังงานการเปลี่ยนแปลงโฟตอนสามารถกระตุ้นให้อิเล็กตรอนกลับสู่สถานะพื้นในขณะที่ปล่อยโฟตอนใหม่ โฟตอนใหม่นั้นเหมือนกับภาพดั้งเดิมในแง่ของความถี่เฟสและทิศทางการแพร่กระจายทำให้เกิดแสงที่สอดคล้องกัน ปรากฏการณ์นี้ขยายจำนวนและพลังงานของโฟตอนอย่างมีนัยสำคัญและเป็นกลไกหลักของเลเซอร์

ผลตอบรับเชิงบวกของการปล่อยมลพิษที่ถูกกระตุ้น: ในการออกแบบเลเซอร์กระบวนการปล่อยก๊าซที่ถูกกระตุ้นซ้ำหลายครั้งและเอฟเฟกต์ข้อเสนอแนะเชิงบวกนี้สามารถเพิ่มจำนวนโฟตอนได้แบบทวีคูณ ด้วยความช่วยเหลือของโพรงเรโซแนนท์การเชื่อมโยงกันของโฟตอนจะถูกเก็บรักษาไว้และความเข้มของลำแสงจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

2. รับสื่อ

ที่ได้รับสื่อเป็นวัสดุหลักในเลเซอร์ที่กำหนดการขยายของโฟตอนและเอาต์พุตเลเซอร์ มันเป็นพื้นฐานทางกายภาพสำหรับการปล่อยมลพิษและคุณสมบัติของมันจะกำหนดความถี่ความยาวคลื่นและกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์ ประเภทและลักษณะของสื่อ Gain ส่งผลกระทบโดยตรงต่อแอปพลิเคชันและประสิทธิภาพของเลเซอร์

กลไกการกระตุ้น: อิเล็กตรอนในตัวกลาง Gain ต้องตื่นเต้นกับระดับพลังงานที่สูงขึ้นโดยแหล่งพลังงานภายนอก กระบวนการนี้มักจะเกิดขึ้นได้จากระบบการจัดหาพลังงานภายนอก กลไกการกระตุ้นทั่วไป ได้แก่ :

การสูบไฟฟ้า: น่าตื่นเต้นอิเล็กตรอนในตัวกลางที่ได้รับโดยการใช้กระแสไฟฟ้า

การสูบน้ำแบบออพติคอล: น่าตื่นเต้นสื่อที่มีแหล่งกำเนิดแสง (เช่นโคมไฟแฟลชหรือเลเซอร์อื่น)

ระบบระดับพลังงาน: อิเล็กตรอนในตัวกลางที่ได้รับมักจะกระจายในระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจง ที่พบมากที่สุดคือระบบสองระดับและระบบสี่ระดับ- ในระบบสองระดับที่เรียบง่ายอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนจากสถานะพื้นดินไปสู่สถานะที่ตื่นเต้นแล้วกลับไปที่สถานะพื้นดินผ่านการปล่อยมลพิษ ในระบบสี่ระดับอิเล็กตรอนจะได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนมากขึ้นระหว่างระดับพลังงานที่แตกต่างกันซึ่งมักจะส่งผลให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น

ประเภทของสื่อ Gain:

แก๊สรับปานกลาง: ตัวอย่างเช่นเลเซอร์ Helium-neon (He-ne) สื่อการรับก๊าซเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับเอาต์พุตที่เสถียรและความยาวคลื่นคงที่และใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานในห้องปฏิบัติการ

ได้รับของเหลว: ตัวอย่างเช่นเลเซอร์สีย้อม โมเลกุลสีย้อมมีคุณสมบัติการกระตุ้นที่ดีในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันทำให้เหมาะสำหรับเลเซอร์ที่ปรับได้

ปานกลาง: ตัวอย่างเช่น ND (Neodymium-doped yttrium garnet garnet) เลเซอร์ เลเซอร์เหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงและทรงพลังและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดอุตสาหกรรมการเชื่อมและการใช้งานทางการแพทย์

เซมิคอนดักเตอร์ได้รับสื่อ: ตัวอย่างเช่นวัสดุ Gallium Arsenide (GAAS) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารและอุปกรณ์ optoelectronic เช่นเลเซอร์ไดโอด

3. โพรง resonator

ที่โพรง resonatorเป็นองค์ประกอบโครงสร้างในเลเซอร์ที่ใช้สำหรับข้อเสนอแนะและการขยาย ฟังก์ชั่นหลักของมันคือการเพิ่มจำนวนโฟตอนที่ผลิตผ่านการปล่อยก๊าซที่ถูกกระตุ้นโดยการสะท้อนและขยายพวกมันภายในโพรงจึงสร้างเอาต์พุตเลเซอร์ที่แข็งแกร่งและมุ่งเน้น

โครงสร้างของโพรง resonator: มันมักจะประกอบด้วยกระจกคู่ขนานสองตัว หนึ่งคือกระจกสะท้อนแสงที่รู้จักกันในชื่อกระจกหลังและอื่น ๆ เป็นกระจกสะท้อนแสงบางส่วนที่รู้จักกันในชื่อกระจกเอาต์พุต- โฟตอนสะท้อนกลับไปกลับมาภายในโพรงและขยายผ่านการโต้ตอบกับตัวกลาง Gain

เงื่อนไขการกำทอน: การออกแบบของโพรง resonator ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขบางประการเช่นการทำให้แน่ใจว่าโฟตอนก่อตัวเป็นคลื่นยืนอยู่ในโพรง สิ่งนี้ต้องการความยาวของโพรงที่จะเป็นความยาวคลื่นเลเซอร์หลายตัว มีเพียงคลื่นแสงที่ตรงกับเงื่อนไขเหล่านี้สามารถขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในโพรง

คานเอาท์พุท: กระจกสะท้อนแสงบางส่วนช่วยให้ส่วนหนึ่งของลำแสงแสงขยายผ่านไปสร้างลำแสงเอาต์พุตของเลเซอร์ ลำแสงนี้มีทิศทางสูงความเชื่อมโยงและความเป็นโมโนโครม.

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมหรือสนใจเลเซอร์โปรดติดต่อเรา:

lumispot

ที่อยู่: อาคาร 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, จีน

โทรศัพท์: + 86-0510 87381808

มือถือ: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

เว็บไซต์: www.lumispot-tech.com