ლაზერის მუშაობის ძირითადი პრინციპი

ლაზერის ძირითადი მუშაობის პრინციპი (სინათლის გაძლიერება გამოსხივების სტიმულირებული ემისიის გზით) ეფუძნება სინათლის სტიმულირებული ემისიის ფენომენს. ზუსტი დიზაინისა და სტრუქტურების სერიის მეშვეობით, ლაზერები წარმოქმნიან მაღალი კოჰერენტულობის, მონოქრომატულობისა და სიკაშკაშის სხივებს. ლაზერები ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიებში, მათ შორის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა კომუნიკაცია, მედიცინა, წარმოება, გაზომვები და სამეცნიერო კვლევა. მათი მაღალი ეფექტურობა და ზუსტი მართვის მახასიათებლები მათ მრავალი ტექნოლოგიის ძირითად კომპონენტად აქცევს. ქვემოთ მოცემულია ლაზერების მუშაობის პრინციპებისა და სხვადასხვა ტიპის ლაზერების მექანიზმების დეტალური ახსნა.

1. სტიმულირებული ემისია

სტიმულირებული ემისიალაზერული გენერაციის ფუნდამენტური პრინციპია, რომელიც პირველად აინშტაინმა 1917 წელს შემოგვთავაზა. ეს ფენომენი აღწერს, თუ როგორ წარმოიქმნება უფრო კოჰერენტული ფოტონები სინათლესა და აღგზნებულ მდგომარეობაში მყოფ მატერიას შორის ურთიერთქმედების გზით. სტიმულირებული ემისიის უკეთ გასაგებად, დავიწყოთ სპონტანური ემისიით:

სპონტანური ემისიაატომებში, მოლეკულებში ან სხვა მიკროსკოპულ ნაწილაკებში ელექტრონებს შეუძლიათ გარე ენერგიის (მაგალითად, ელექტრული ან ოპტიკური ენერგიის) შთანთქმა და უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე გადასვლა, რომელიც ცნობილია როგორც აღგზნებული მდგომარეობა. თუმცა, აღგზნებული მდგომარეობის ელექტრონები არასტაბილურია და საბოლოოდ მოკლე პერიოდის შემდეგ დაუბრუნდებიან უფრო დაბალ ენერგეტიკულ დონეს, რომელიც ცნობილია როგორც ძირითადი მდგომარეობა. ამ პროცესის დროს ელექტრონი გამოყოფს ფოტონს, რაც სპონტანური ემისიაა. ასეთი ფოტონები შემთხვევითია სიხშირის, ფაზისა და მიმართულების თვალსაზრისით და, შესაბამისად, არ აქვთ კოჰერენტულობა.

სტიმულირებული ემისიასტიმულირებული ემისიის გასაღები ის არის, რომ როდესაც აღგზნებული მდგომარეობის ელექტრონი ხვდება ფოტონს, რომლის ენერგია მისი გარდამავალი ენერგიის შესაბამისია, ფოტონს შეუძლია ელექტრონის დაბრუნება ძირითად მდგომარეობაში, ახალი ფოტონის გამოყოფის პარალელურად. ახალი ფოტონი იდენტურია ორიგინალისა სიხშირის, ფაზისა და გავრცელების მიმართულების თვალსაზრისით, რაც იწვევს კოჰერენტულ სინათლეს. ეს ფენომენი მნიშვნელოვნად აძლიერებს ფოტონების რაოდენობასა და ენერგიას და წარმოადგენს ლაზერების ძირითად მექანიზმს.

სტიმულირებული ემისიის დადებითი უკუკავშირის ეფექტილაზერების დიზაინში სტიმულირებული ემისიის პროცესი რამდენჯერმე მეორდება და ამ დადებითი უკუკავშირის ეფექტს შეუძლია ექსპონენციალურად გაზარდოს ფოტონების რაოდენობა. რეზონანსული ღრუს დახმარებით, ფოტონების კოჰერენტულობა შენარჩუნებულია და სინათლის სხივის ინტენსივობა განუწყვეტლივ იზრდება.

2. საშუალო გაძლიერება

ისგაძლიერების საშუალოარის ლაზერის ძირითადი მასალა, რომელიც განსაზღვრავს ფოტონების გაძლიერებას და ლაზერის გამომავალ სიმძლავრეს. ის წარმოადგენს სტიმულირებული ემისიის ფიზიკურ საფუძველს და მისი თვისებები განსაზღვრავს ლაზერის სიხშირეს, ტალღის სიგრძეს და გამომავალ სიმძლავრეს. გაძლიერების საშუალების ტიპი და მახასიათებლები პირდაპირ გავლენას ახდენს ლაზერის გამოყენებასა და მუშაობაზე.

აგზნების მექანიზმიგაძლიერების გარემოში ელექტრონები გარე ენერგიის წყაროს მეშვეობით უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონემდე უნდა აღიგზნონ. ეს პროცესი, როგორც წესი, გარე ენერგიის მიწოდების სისტემებით მიიღწევა. აგზნების გავრცელებული მექანიზმებია:

ელექტრო ტუმბოგაძლიერების გარემოში ელექტრონების აღგზნება ელექტრული დენის გამოყენებით.

ოპტიკური ტუმბოსაშუალების აღგზნება სინათლის წყაროთი (მაგალითად, ფლეშ ნათურით ან სხვა ლაზერით).

ენერგიის დონეების სისტემაგაძლიერების გარემოში ელექტრონები, როგორც წესი, განაწილებულია კონკრეტულ ენერგეტიკულ დონეებზე. ყველაზე გავრცელებულიაორდონიანი სისტემებიდაოთხდონიანი სისტემებიმარტივ ორდონიან სისტემაში ელექტრონები ძირითადი მდგომარეობიდან აღგზნებულ მდგომარეობაში გადადიან და შემდეგ სტიმულირებული ემისიის გზით უბრუნდებიან ძირითად მდგომარეობას. ოთხდონიან სისტემაში ელექტრონები უფრო რთულ გადასვლებს გადიან სხვადასხვა ენერგეტიკულ დონეებს შორის, რაც ხშირად უფრო მაღალ ეფექტურობას იწვევს.

გაძლიერების მედიის ტიპები:

გაზის მომატება საშუალომაგალითად, ჰელიუმ-ნეონის (He-Ne) ლაზერები. გაზის გამაძლიერებელი საშუალებები ცნობილია სტაბილური გამომავალი სიმძლავრითა და ფიქსირებული ტალღის სიგრძით და ფართოდ გამოიყენება ლაბორატორიებში სტანდარტული სინათლის წყაროების სახით.

თხევადი მოგება საშუალომაგალითად, საღებავის ლაზერები. საღებავის მოლეკულებს აქვთ კარგი აგზნების თვისებები სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე, რაც მათ იდეალურს ხდის რეგულირებადი ლაზერებისთვის.

მყარი გაძლიერება საშუალომაგალითად, Nd (ნეოდიმის დოპირებული იტრიუმის ალუმინის გარნეტის) ლაზერები. ეს ლაზერები მაღალეფექტური და მძლავრია და ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო ჭრაში, შედუღებასა და სამედიცინო დანიშნულებაში.

ნახევარგამტარული გაძლიერების საშუალომაგალითად, გალიუმის არსენიდის (GaAs) მასალები ფართოდ გამოიყენება საკომუნიკაციო და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში, როგორიცაა ლაზერული დიოდები.

3. რეზონატორის ღრუ

ისრეზონატორის ღრუარის ლაზერის სტრუქტურული კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება უკუკავშირისა და გაძლიერებისთვის. მისი ძირითადი ფუნქციაა სტიმულირებული ემისიის მეშვეობით წარმოქმნილი ფოტონების რაოდენობის გაზრდა ღრუში მათი არეკვლისა და გაძლიერების გზით, რითაც წარმოიქმნება ძლიერი და ფოკუსირებული ლაზერული გამომავალი სიგნალი.

რეზონატორის ღრუს სტრუქტურაის, როგორც წესი, ორი პარალელური სარკისგან შედგება. ერთი სრულად ამრეკლავი სარკეა, რომელიც ცნობილია როგორცუკანა სარკე, ხოლო მეორე ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკეა, რომელიც ცნობილია როგორცგამომავალი სარკეფოტონები ღრუში წინ და უკან აირეკლება და ძლიერდება გაძლიერების გარემოსთან ურთიერთქმედების გზით.

რეზონანსული მდგომარეობარეზონატორის ღრუს დიზაინი უნდა აკმაყოფილებდეს გარკვეულ პირობებს, მაგალითად, იმის უზრუნველყოფას, რომ ფოტონები ღრუს შიგნით ქმნიან მდგარ ტალღებს. ამისათვის საჭიროა, რომ ღრუს სიგრძე იყოს ლაზერის ტალღის სიგრძის ჯერადი. მხოლოდ ამ პირობებს აკმაყოფილებს სინათლის ტალღები, რომლებიც შეიძლება ეფექტურად გაძლიერდეს ღრუს შიგნით.

გამომავალი სხივინაწილობრივ ამრეკლავი სარკე გაძლიერებული სინათლის სხივის ნაწილს საშუალებას აძლევს გაიაროს, რაც ლაზერის გამომავალ სხივს ქმნის. ამ სხივს აქვს მაღალი მიმართულება, კოჰერენტულობა და მონოქრომატულობა..

თუ გსურთ მეტი გაიგოთ ან დაინტერესებული ხართ ლაზერებით, გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ:

ლუმისპოტი

მისამართი: შენობა 4 #, ფურონგის მე-3 გზა 99, სიშანის რაიონი, ვუქსი, 214000, ჩინეთი

ტელ: + 86-0510 87381808.

მობილური: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn

ვებსაიტი: www.lumispot-tech.com