Quels sont les principaux composants d'un laser?

Des scanners de codes à barres aux guichets des supermarchés aux couteaux chirurgicaux de précision dans les hôpitaux,Des spectacles de lumières éblouissantes sur les scènes aux étincelles qui volent pendant que des plaques d'acier épaisses sont coupées dans les usines.Les lasers ont pénétré tous les aspects de la vie moderne, et tout cela est né d'un dispositif qui peut " exciter " la lumière et la concentrer dans une puissante source d'énergie: le laser.
I. Source d'énergie: source de pompe
La source de pompe est le "moteur" du laser, dont la fonction principale est de fournir de l'énergie à la substance de travail, jetant les bases de la génération du laser.Tout comme une pompe à eau tire l'eau d'un niveau inférieur à un niveau supérieur, la source de pompe "pompe" des atomes ou des molécules d'un niveau d'énergie inférieur à un niveau d'énergie supérieur, créant une inversion du nombre de particules (c'est la condition clé pour générer un laser).
Les types de sources de pompage les plus courants sont les suivants:
Pompage optique: Utilisation de la lumière d'une source lumineuse puissante (comme une lampe au xénon, une lampe à krypton) ou d'un autre laser (comme une diode laser) pour irradier la substance active.C'est la méthode la plus couramment utilisée dans les lasers à l'état solide (tels que les lasers YAG).
Pompage électrique: Application directe d'un courant électrique à la substance de travail, provoquant une excitation des particules par des collisions d'électrons.Il s'agit de la principale méthode de pompage pour les lasers à semi-conducteurs (diodes laser) et les lasers à gaz (tels que les lasers à CO2).
Pompage chimique: Utilisation de l'énergie libérée par les réactions chimiques pour exciter des particules, ce qui est couramment utilisé dans certains lasers à gaz de haute puissance.
La performance de la source de pompage détermine directement l'efficacité et la puissance de sortie du laser.
II. Corps lumineux: moyen de gain/substance active
Le milieu de gain, également connu sous le nom de substance active, est le "stade principal" du laser et est le lieu d'origine du laser.comme la longueur d'onde de sortie (couleur) et la puissance potentielle.
En fonction de l'état de la matière, ils sont principalement divisés en quatre catégories:
Médias gazeux: comme le dioxyde de carbone (CO2), l'hélium-néon (He-Ne), les ions argon (Ar+), etc. Ils peuvent générer des faisceaux laser continus et de haute qualité, et sont largement utilisés dans la découpe,traitement médical et recherche scientifique.
Médium liquide: tel que les solvants organiques dopés de colorants. Il se caractérise par la capacité de régler la longueur d'onde de sortie en continu dans une certaine plage,et est couramment utilisé dans la recherche en spectroscopie.
Médias solides: tels que le grenat d'aluminium d'yttrium (Nd:YAG) dopé au néodyme, les cristaux de rubis ou le verre de néodyme.les rendant le choix préféré dans le traitement industriel et les applications militaires.
Matériaux semi-conducteurs: tels que l'arsenure de gallium (GaAs) et d'autres composés.Ils sont la force dominante absolue dans des domaines comme la communication optique., la lecture des disques optiques et l'impression laser.
Lorsque les particules dans le milieu de gain sont excitées par la source de pompe, elles subissent le processus d'émission stimulée et libèrent de nouveaux photons qui sont exactement les mêmes que les photons incident,obtenant ainsi une amplification optique.
III. Âme résonante: résonateur optique
Le résonateur optique est la "machine de forgeage de qualité" d'un laser.Il est généralement composé de deux miroirs réfléchissants soigneusement placés l'un en face de l'autre.L'un est un miroir à réflexion totale (avec un taux de réflexion proche de 100%) et l'autre est un miroir à réflexion partielle (miroir d'accouplement de sortie, avec un taux de réflexion d'environ 90% à 99%).
Ses fonctions principales sont les suivantes:
Réaction positive: Il provoque la réflexion répétée des photons générés par l'émission stimulée entre deux miroirs, déclenchant continuellement une réaction en chaîne comme une émission stimulée,entraînant une augmentation exponentielle de l'intensité lumineuse.
Sélection du mode: seules les longueurs d'onde spécifiques de la lumière qui se propagent le long de la direction axiale peuvent osciller de manière stable et être fortement amplifiées à l'intérieur de la cavité,qui améliore de manière significative la monochromaticité (pureté des couleurs) du laser.
Sortie dirigée: finalement, une partie du laser extrêmement intense sera transmise à travers le réflecteur partiel, formant un faisceau laser très collimé et étroitement divergent.
Sans résonateur optique, la substance active émet simplement une fluorescence ordinaire de direction aléatoire et de longueurs d'onde variables.Nous avons forgé le laser précis et pur que nous voyons.
IV. Dernières touches: système de refroidissement et de commande
Pour la plupart des appareils laser (en particulier ceux de puissance moyenne à élevée), un système de refroidissement est indispensable.provoquant une forte augmentation de la température du milieu de gainUn système de refroidissement efficace (comme le refroidissement à l'eau, le refroidissement à l'airou refroidissement par semi-conducteurs TEC) peut assurer le fonctionnement stable et continu du laser.
Le système de commande est le cœur du laser, il utilise des circuits précis et des logiciels pour réguler le courant de la source de pompe, contrôler le fonctionnement du système de refroidissement,et peuvent intégrer des composants tels que des interrupteurs Q et des modulateurs pour obtenir un contrôle précis de la sortie laser (tels que la largeur et la fréquence des impulsions), afin de répondre aux exigences des différents scénarios d'application.
En résumé, la source de pompe fournit de l'énergie, le milieu de gain est responsable de l'amplification de la lumière, le résonateur optique façonne la qualité du laser,et les systèmes de refroidissement et de contrôle assurent son fonctionnement stableCes quatre composantes essentielles sont comme une équipe hautement coordonnée, indispensables l'une à l'autre.C'est précisément la coopération sans faille entre eux qui transforme la lumière ordinaire en un outil puissant capable de changer le monde., conduisant continuellement à des progrès révolutionnaires en technologie et en industrie.