Как работи лазерът
С изключение на свободните електронни лазери, основните принципи на работа на различните лазери са едни и същи. Задължително условие за генериране на лазерна светлина е, че инверсията и печалбата на населението са по-големи от загубите, така че незаменимият компонент на устройството са източникът на възбуждане (или изпомпване) и работната среда с метастабилно ниво на енергия. Възбуждането е възбуждането на работната среда за възбуждане на възбуденото състояние, създаване на условия за постигане и поддържане на инверсията на населението. Стимулиращите методи включват оптично възбуждане, електрическо възбуждане, химическо възбуждане и възбуждане на ядрената енергия.
Метастабилното енергийно ниво на работната среда е такова, че стимулираното излъчване доминира, като по този начин се постига оптично усилване. Общ компонент на лазера е резонансна кухина, но резонансната кухина (виж оптичната кухина) не е незаменим компонент. Резонансната кухина позволява на фотоните в кухината да имат постоянна честота, фаза и посока на движение, като по този начин позволяват на лазера да има добра насоченост и кохерентност. Освен това, тя може да скъси дължината на работното вещество добре и може също да регулира режима на генерирания лазер чрез промяна на дължината на кухината (т.е., избор на режим), така че лазерът обикновено има резонансна кухина.
Лазерът обикновено се състои от три части
1. Работно вещество: Ядрото на лазера, само материалът, който може да постигне прехода на енергийното ниво, може да се използва като работно вещество на лазера.
2, стимулираща енергия: ролята му е да дава енергия на работното вещество, атомът се възбужда от ниското енергийно ниво до високото енергийно ниво на външната енергия. Обикновено има светлинна енергия, топлинна енергия, електрическа енергия, химическа енергия и т.н.
3. Оптична резонансна кухина: Първото действие е да се направи непрекъснато стимулираното излъчване на работното вещество; второто е непрекъснатото ускоряване на фотона; третата е да се ограничи посоката на изхода на лазера. Най-простата оптична кухина се състои от две взаимно успоредни огледала, поставени в краищата на HeNe лазера. Когато някои деутериеви атоми преминават между две енергийни нива, които постигат инверсия на частици, и излъчват фотони, успоредни на посоката на лазера, тези фотони ще се отразяват назад и напред между двете огледала, като по този начин постоянно причиняват стимулирано излъчване. Много силен лазер се произвежда много бързо.
Чистият светлинен и стабилен спектър на лазера може да се прилага в много аспекти.
Ruby Laser: Оригиналният лазер е бил рубин, който е бил развълнуван от ярка крушка с флаш. Произведеният лазер е „импулсен лазер“, а не непрекъснато стабилен лъч. Качеството на светлината, произвеждана от този лазер, се различава съществено от лазера, произведен от лазерния диод, който използваме днес. Това интензивно излъчване на светлина, което продължава само няколко наносекунди, е идеално за улавяне на обекти, които са лесни за преместване, като например портрети на холографски портрети. Първият лазерен портрет е роден през 1967 г. Руби лазерите изискват скъпи рубини и могат да произвеждат само къси светлинни изблици.
Гелиев лазер: През 1960 г. учените Али Джаван, Уилям Р. Бренет младши и Доналд Хериот са проектирали HeNe лазера. Това е първият газов лазер, който обикновено се използва в холографските фотографи. Две предимства: 1. Произвеждат непрекъснат лазер; 2. Няма нужда от светкавична крушка за извършване на светлинно възбуждане, но използвайте електрически газ за възбуждане.
Лазерни диоди: Лазерните диоди са един от най-често използваните лазери. Феноменът на спонтанна рекомбинация на електрони и дупки от двете страни на PN прехода на диод се нарича спонтанна емисия. Когато фотоните, генерирани от спонтанно излъчване преминават през полупроводника, след като преминат през излъчваните двойки електрон-дупка, те могат да бъдат възбудени, за да рекомбинират, за да произведат нови фотони, които индуцират възбудените носители да рекомбинират и излъчват нови фотони. Явлението се нарича стимулирано излъчване.
Ако инжекционният ток е достатъчно голям, се образува разпределение на носителя, противоположно на състоянието на топлинното равновесие, т.е. броя на населението се обръща. Когато носителите в активния слой са в голям брой обрати, малко количество спонтанно генерирани фотони генерират индуктивно излъчване, дължащо се на реципрочно отражение в двата края на резонансната кухина, което води до селективна обратна връзка на честотния селективен резонанс или усилване за определена честота. Когато коефициентът на усилване е по-голям от загубата на абсорбция, от PN връзката може да се излъчи кохерентна светлина с добра спектрална линия, лазерът. Изобретяването на лазерни диоди дава възможност за бързо прилагане на лазерни приложения, различни видове сканиране на информация, оптична комуникация, лазерно измерване, лазерни радари, лазерни дискове, лазерни указатели, колекции от супермаркети и др. ,
