Як працює лазер
Крім лазерів на вільних електронах, основні принципи роботи різних лазерів однакові. Обов'язковою умовою генерації лазерного світла є те, що інверсія популяції і коефіцієнт посилення більші, ніж втрати, тому незамінними компонентами пристрою є збудження (або відкачування) джерела і робочого середовища з метастабільним рівнем енергії. Збудження - це збудження робочого середовища для збудження збудженого стану, створення умов для досягнення та підтримки інверсії населення. Методи стимулювання включають оптичне збудження, електричне збудження, хімічне збудження та збудження ядерної енергії.
Метастабільний енергетичний рівень робочого середовища такий, що стимулює випромінювання домінує, тим самим досягаючи оптичного посилення. Загальною складовою лазера є резонансна порожнина, але резонансна порожнина (див. Оптичну порожнину) не є обов'язковим компонентом. Резонансна порожнина дозволяє фотонам в порожнині мати послідовну частоту, фазу і напрямок руху, що дозволяє лазеру мати гарну спрямованість і когерентність. Більш того, він може скоротити довжину робочої речовини добре, а також може регулювати режим генерованого лазера шляхом зміни довжини порожнини (тобто вибору режиму), тому лазер в цілому має резонансну порожнину.
Лазер в цілому складається з трьох частин
1. Робоча речовина: ядро лазера, тільки матеріал, який може досягти переходу енергетичного рівня, може бути використаний як робоча речовина лазера.
2, стимулююча енергія: її роль полягає в тому, щоб подавати енергію робочій речовині, атом збуджується від низького енергетичного рівня до високого енергетичного рівня зовнішньої енергії. Зазвичай є світлова енергія, теплова енергія, електрична енергія, хімічна енергія тощо.
3. Оптична резонансна порожнина: перша дія полягає в тому, щоб випромінювати випромінювання робочої речовини безперервно; другий - безперервне прискорення фотона; третій - обмежити напрямок виходу лазера. Найпростіша оптична порожнина складається з двох взаємно паралельних дзеркал, розташованих на кінцях лазера HeNe. Коли деякі атоми дейтерію переходять між двома енергетичними рівнями, які досягають інверсії частинок, і випускають фотони, паралельні напрямку лазера, ці фотони відбиваються вперед і назад між двома дзеркалами, таким чином постійно викликаючи стимульоване випромінювання. Дуже сильний лазер виробляється дуже швидко.
Чистий світловий і стабільний спектр лазера можна застосовувати в багатьох аспектах.
Лабіринт Ruby: Оригінальний лазер був рубіном, який збуджувався яскравою лампою спалаху. Вироблений лазер був «імпульсним лазером», а не постійно стабільним пучком. Якість світла, що виробляється цим лазером, істотно відрізняється від лазера, що виробляється лазерним діодом, який ми використовуємо сьогодні. Це інтенсивне світлове випромінювання, яке триває всього кілька наносекунд, ідеально підходить для зйомки об'єктів, які легко переміщуються, наприклад, портрети голографічних портретів. Перший лазерний портрет народився в 1967 році. Рубінові лазери вимагають дорогих рубінів і можуть виробляти лише короткі спалахи світла.
Гелієвий лазер: в 1960 році вченими Алі Яван, Вільям Р. Бреннет-молодший і Дональд Геріот розробили лазер HeNe. Це перший газовий лазер, який зазвичай використовується в голографічних фотографах. Два переваги: 1. Випускати безперервний висновок лазера; 2. Немає потреби в спалахуючих лампочках для виконання світлового збудження, але використовуйте електричний газ збудження.
Лазерні діоди: Лазерні діоди є одним з найбільш часто використовуваних лазерів. Явище спонтанної рекомбінації електронів і дірок з обох сторін PN-переходу діода називається спонтанним випромінюванням. Коли фотони, що генеруються спонтанним випромінюванням, проходять через напівпровідник, як тільки вони проходять через випромінені пари електронних дірок, вони можуть бути збуджені, щоб рекомбінувати для створення нових фотонів, які спонукають збуджених носіїв рекомбінувати і випускати нові фотони. Явище називається стимульованим випромінюванням.
Якщо струм інжекції є достатньо великим, формується розподіл носіїв, протилежний стану теплового рівноваги, тобто номер популяції змінюється на протилежний. Коли носії в активному шарі знаходяться у великій кількості розворотів, невелика кількість спонтанно генерованих фотонів генерує індуктивне випромінювання за рахунок взаємного відбиття на обох кінцях резонансної порожнини, що призводить до виборчого зворотного зв'язку частотного селективного резонансу або посилення певної частоти. Коли коефіцієнт посилення перевищує втрати поглинання, когерентне світло з гарною спектральною лінією, лазер, може випромінюватися з переходу PN. Винахід лазерних діодів забезпечує швидке застосування лазерних застосувань, різноманітних типів інформаційного сканування, волоконно-оптичного зв'язку, лазерного діапазону, лазерних радіолокаторів, лазерних дисків, лазерних указів, колекцій супермаркетів тощо. .
