ლაზერის მუშაობის ძირითადი პრინციპი

ლაზერის მუშაობის ძირითადი პრინციპი (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ემყარება სინათლის სტიმულირებული ემისიის ფენომენს. ზუსტი დიზაინისა და სტრუქტურების სერიის მეშვეობით, ლაზერები წარმოქმნიან სხივებს მაღალი თანმიმდევრულობით, მონოქრომატულობით და სიკაშკაშით. ლაზერები ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიებში, მათ შორის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა კომუნიკაცია, მედიცინა, წარმოება, გაზომვა და სამეცნიერო კვლევა. მათი მაღალი ეფექტურობა და ზუსტი კონტროლის მახასიათებლები მათ მრავალი ტექნოლოგიის ძირითად კომპონენტად აქცევს. ქვემოთ მოცემულია ლაზერების მუშაობის პრინციპების და სხვადასხვა ტიპის ლაზერების მექანიზმების დეტალური ახსნა.

1. სტიმულირებული ემისია

სტიმულირებული ემისიაეს არის ლაზერული გენერაციის ფუნდამენტური პრინციპი, რომელიც პირველად შემოთავაზებული იყო აინშტაინის მიერ 1917 წელს. ეს ფენომენი აღწერს, თუ როგორ წარმოიქმნება უფრო თანმიმდევრული ფოტონები სინათლისა და აღგზნებული მდგომარეობის მატერიის ურთიერთქმედების შედეგად. სტიმულირებული ემისიის უკეთ გასაგებად, დავიწყოთ სპონტანური ემისიით:

სპონტანური ემისია: ატომებში, მოლეკულებში ან სხვა მიკროსკოპულ ნაწილაკებში ელექტრონებს შეუძლიათ შთანთქას გარე ენერგია (როგორიცაა ელექტრო ან ოპტიკური ენერგია) და გადავიდეს უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც ცნობილია როგორც აღგზნებული მდგომარეობა. თუმცა, აღგზნებული მდგომარეობის ელექტრონები არასტაბილურია და საბოლოოდ დაბრუნდებიან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც ცნობილია როგორც ძირითადი მდგომარეობა, მოკლე პერიოდის შემდეგ. ამ პროცესის დროს ელექტრონი ათავისუფლებს ფოტონს, რომელიც არის სპონტანური ემისია. ასეთი ფოტონები შემთხვევითია სიხშირის, ფაზის და მიმართულების თვალსაზრისით და, შესაბამისად, არ გააჩნიათ თანმიმდევრულობა.

სტიმულირებული ემისიასტიმულირებული ემისიის გასაღები არის ის, რომ როდესაც აღგზნებული მდგომარეობის ელექტრონი ხვდება ფოტონს, რომლის ენერგიაც შეესაბამება მის გარდამავალ ენერგიას, ფოტონს შეუძლია აიძულოს ელექტრონი დაბრუნდეს საწყის მდგომარეობაში ახალი ფოტონის გათავისუფლებისას. ახალი ფოტონი ორიგინალის იდენტურია სიხშირის, ფაზის და გავრცელების მიმართულების თვალსაზრისით, რაც იწვევს თანმიმდევრულ შუქს. ეს ფენომენი მნიშვნელოვნად აძლიერებს ფოტონების რაოდენობას და ენერგიას და წარმოადგენს ლაზერების ძირითად მექანიზმს.

სტიმულირებული ემისიის დადებითი უკუკავშირის ეფექტი: ლაზერების დიზაინში სტიმულირებული ემისიის პროცესი რამდენჯერმე მეორდება და ამ დადებით უკუკავშირის ეფექტს შეუძლია ექსპონენტურად გაზარდოს ფოტონების რაოდენობა. რეზონანსული ღრუს დახმარებით შენარჩუნებულია ფოტონების თანმიმდევრულობა და განუწყვეტლივ იზრდება სინათლის სხივის ინტენსივობა.

2. მოგება საშუალო

Theმოიპოვოს საშუალოარის ლაზერის ძირითადი მასალა, რომელიც განსაზღვრავს ფოტონების გაძლიერებას და ლაზერის გამომუშავებას. ეს არის სტიმულირებული ემისიის ფიზიკური საფუძველი და მისი თვისებები განსაზღვრავს ლაზერის სიხშირეს, ტალღის სიგრძეს და გამომავალ სიმძლავრეს. გამაძლიერებელი საშუალების ტიპი და მახასიათებლები პირდაპირ გავლენას ახდენს ლაზერის გამოყენებასა და შესრულებაზე.

აგზნების მექანიზმი: გამაძლიერებელ გარემოში ელექტრონები უნდა აიღონ უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე ენერგიის გარე წყაროს მიერ. ეს პროცესი ჩვეულებრივ მიიღწევა გარე ენერგომომარაგების სისტემებით. აგზნების საერთო მექანიზმები მოიცავს:

ელექტრო სატუმბი: ელექტრონების აგზნება ელექტრული დენის გამოყენებით.

ოპტიკური ტუმბო: გარემოს ამაღელვებელი სინათლის წყაროთი (როგორიცაა ფლეშ ნათურა ან სხვა ლაზერი).

ენერგიის დონეების სისტემა: ელექტრონები გამაძლიერებელ გარემოში, როგორც წესი, ნაწილდება ენერგიის სპეციფიკურ დონეზე. ყველაზე გავრცელებულიაორ დონის სისტემებიდაოთხ დონის სისტემები. მარტივ ორდონიან სისტემაში ელექტრონები გადადიან ძირითადი მდგომარეობიდან აგზნებად მდგომარეობაში და შემდეგ ბრუნდებიან სტიმულირებული ემისიის მეშვეობით. ოთხდონიანი სისტემაში ელექტრონები განიცდიან უფრო რთულ გადასვლებს ენერგიის სხვადასხვა დონეებს შორის, რაც ხშირად იწვევს უფრო მაღალ ეფექტურობას.

მოგების მედიის სახეები:

გაზის მომატება საშუალო: მაგალითად, ჰელიუმ-ნეონის (He-Ne) ლაზერები. გაზის მოპოვების მედია ცნობილია მათი სტაბილური გამომავალი და ფიქსირებული ტალღის სიგრძით და ფართოდ გამოიყენება როგორც სტანდარტული სინათლის წყაროები ლაბორატორიებში.

თხევადი მომატების საშუალო: მაგალითად, საღებავი ლაზერები. საღებავის მოლეკულებს აქვთ კარგი აგზნების თვისებები სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე, რაც მათ იდეალურს ხდის რეგულირებადი ლაზერებისთვის.

მყარი მოგების საშუალო: მაგალითად, Nd (ნეოდიმი დოპირებული იტრიუმის ალუმინის ბროწეული) ლაზერები. ეს ლაზერები ძალიან ეფექტური და ძლიერია და ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო ჭრის, შედუღების და სამედიცინო პროგრამებში.

ნახევარგამტარის გამაძლიერებელი საშუალებამაგალითად, გალიუმის არსენიდის (GaAs) მასალები ფართოდ გამოიყენება საკომუნიკაციო და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში, როგორიცაა ლაზერული დიოდები.

3. რეზონატორის ღრუ

Theრეზონატორის ღრუარის სტრუქტურული კომპონენტი ლაზერში, რომელიც გამოიყენება უკუკავშირისა და გაძლიერებისთვის. მისი ძირითადი ფუნქციაა გაზარდოს ფოტონების რაოდენობა, რომლებიც წარმოიქმნება სტიმულირებული ემისიით, მათი ღრუში ასახვით და გაძლიერებით, რითაც გამოიმუშავებს ძლიერ და ფოკუსირებულ ლაზერულ გამომუშავებას.

რეზონატორის ღრუს სტრუქტურა: ჩვეულებრივ შედგება ორი პარალელური სარკისგან. ერთი არის სრულად ამრეკლავი სარკე, რომელიც ცნობილია როგორცუკანა სარკედა მეორე არის ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე, რომელიც ცნობილია როგორცგამომავალი სარკე. ფოტონები ირეკლავენ ღრუში წინ და უკან და ძლიერდებიან გამაძლიერებელ გარემოსთან ურთიერთქმედებით.

რეზონანსული მდგომარეობა: რეზონატორის ღრუს დიზაინი უნდა აკმაყოფილებდეს გარკვეულ პირობებს, როგორიცაა იმის უზრუნველყოფა, რომ ფოტონები ქმნიან მუდმივ ტალღებს ღრუში. ეს მოითხოვს, რომ ღრუს სიგრძე იყოს ლაზერის ტალღის სიგრძის ჯერადი. მხოლოდ სინათლის ტალღები, რომლებიც აკმაყოფილებს ამ პირობებს, შეიძლება ეფექტურად გაძლიერდეს ღრუს შიგნით.

გამომავალი სხივი: ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე საშუალებას აძლევს გაძლიერებული სინათლის სხივის ნაწილს გაიაროს, რაც ქმნის ლაზერის გამომავალ სხივს. ამ სხივს აქვს მაღალი მიმართულება, თანმიმდევრულობა და მონოქრომატულობა.

თუ გსურთ გაიგოთ მეტი ან გაინტერესებთ ლაზერები, გთხოვთ დაგვიკავშირდეთ:

ლუმისპოტი

მისამართი: კორპუსი 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, ჩინეთი

ტელ: + 86-0510 87381808.

მობილური: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

საიტი: www.lumispot-tech.com