Ποια είναι τα κύρια βασικά συστατικά ενός λέιζερ;

Από τους σαρωτές barcode στα ταμεία των σούπερ μάρκετ μέχρι τα χειρουργικά μαχαίρια στα νοσοκομεία,Από τα εκθαμβωτικά φώτα που εμφανίζονται στις σκηνές μέχρι τις σπίθες που πετούν καθώς κόβονται παχύτερες πλάκες χάλυβα στα εργοστάσια.Και όλα αυτά προέρχονται από μια συσκευή που μπορεί να "ενθουσιάσει" το φως και να το συγκεντρώσει σε μια ισχυρή πηγή ενέργειας - το λέιζερ.
Πηγή ενέργειας: Πηγή αντλίας
Η πηγή αντλίας είναι ο "κινητήρας" του λέιζερ.Ακριβώς όπως μια αντλία νερού αντλεί νερό από ένα χαμηλότερο επίπεδο σε ένα υψηλότερο επίπεδο, η πηγή αντλίας "αντλεί" άτομα ή μόρια από χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο, δημιουργώντας αντιστροφή αριθμού σωματιδίων (αυτή είναι η βασική προϋπόθεση για την παραγωγή λέιζερ).
Συχνές μορφές πηγών άντλησης περιλαμβάνουν:
Οπτική αντλία: Χρησιμοποιείται φως από ισχυρή φωτεινή πηγή (όπως λάμπα ξενών, λάμπα κρυπτόν) ή άλλο λέιζερ (όπως διόδη λέιζερ) για την ακτινοβολία της ουσίας εργασίας.Αυτή είναι η πιο κοινή μέθοδος που χρησιμοποιείται σε λέιζερ στερεής κατάστασης (όπως λέιζερ YAG).
Ηλεκτροαντλία: Η άμεση εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος στην εργασιακή ουσία, προκαλώντας διέγερση σωματιδίων μέσω συγκρούσεων ηλεκτρονίων.Αυτή είναι η κύρια μέθοδος άντλησης για ημιαγωγούς λέιζερ (λάιζερ διόδους) και λέιζερ αερίου (όπως λέιζερ CO2).
Χημική αντλία: Χρησιμοποιείται η ενέργεια που απελευθερώνεται από χημικές αντιδράσεις για να διεγείρει σωματίδια, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως σε ορισμένα λέιζερ αερίου υψηλής ισχύος.
Η απόδοση της πηγής άντλησης καθορίζει άμεσα την απόδοση και την ισχύ εξόδου του λέιζερ.
ΙΙ. Φωτεινό σώμα: μέσο κέρδος/εργαζόμενη ουσία
Το μέσο αύξησης, γνωστό και ως εργασιακή ουσία, είναι το "κύριο στάδιο" του λέιζερ και είναι εκεί που προέρχεται πραγματικά το λέιζερ.όπως το μήκος κύματος εξόδου (χρώμα) και η δυνητική ισχύς.
Με βάση την κατάσταση της ύλης, χωρίζονται κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες:
Αέρια μέσα: όπως διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ήλιο-νεόν (He-Ne), ιόντα αργόνου (Ar+), κλπ. Μπορούν να παράγουν συνεχείς και υψηλής ποιότητας ακτίνες λέιζερ και χρησιμοποιούνται ευρέως στην κοπή,ιατρική περίθαλψη και επιστημονική έρευνα.
υγρό μέσο: όπως οργανικοί διαλύτες με χρωστικές ουσίες. Χαρακτηρίζεται από την ικανότητα προσαρμογής του μήκους κύματος εξόδου συνεχώς εντός ορισμένου εύρους,και χρησιμοποιείται συνήθως στην έρευνα φασματοσκοπίας.
Στερεά μέσα: όπως το νεοδύμιο-δοπιζόμενο αλουμίνιο γιτρίου (Nd:YAG), οι κρυστάλλοι ρουμπίνι ή το γυαλί νεοδύμιο.καθιστώντας τους την προτιμώμενη επιλογή στην βιομηχανική επεξεργασία και τις στρατιωτικές εφαρμογές.
Τα υλικά ημιαγωγών: όπως το αρσενικό γαλλίου (GaAs) και άλλες ενώσεις.Είναι η απόλυτη κύρια δύναμη σε τομείς όπως η οπτική επικοινωνία., ανάγνωση οπτικών δίσκων και εκτύπωση με λέιζερ.
Όταν τα σωματίδια στο μέσο αύξησης διεγείρονται από την πηγή της αντλίας, θα υποβληθούν στην διεγερμένη διαδικασία εκπομπής και θα απελευθερώσουν νέα φωτόνια που είναι ακριβώς τα ίδια με τα φωτόνια που εισέρχονται,με αποτέλεσμα την επίτευξη οπτικής ενίσχυσης.
ΙΙΙ. Αντίδραση Ψυχής: Οπτικός Αντιδραστής
Ο οπτικός συντονιστής είναι η "μηχανή κοπής ποιότητας" ενός λέιζερ.Συνήθως αποτελείται από δύο προσεκτικά τοποθετημένους αντανακλαστικούς καθρέφτες ο ένας απέναντι στον άλλοΟ ένας είναι ένας καθρέφτης συνολικής αντανάκλασης (με ποσοστό αντανάκλασης κοντά στο 100%) και ο άλλος είναι ένας καθρέφτης μερικής αντανάκλασης (αντανάκλασης εξόδου, με ποσοστό αντανάκλασης περίπου 90% - 99%).
Οι βασικές του λειτουργίες είναι τρεις:
Θετική ανατροφοδότηση: προκαλεί τα φωτόνια που παράγονται από την διεγερμένη εκπομπή να αντανακλούν επανειλημμένα μεταξύ δύο καθρέφτες, προκαλώντας συνεχώς μια αλυσιδωτή αντίδραση, όπως η διεγερμένη εκπομπή,με αποτέλεσμα την εκθετική αύξηση της έντασης του φωτός.
Επιλογή τρόπου: Μόνο τα συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός που διαδίδονται κατά μήκος της αξιακής κατεύθυνσης μπορούν να ταλαντεύονται σταθερά και να ενισχυθούν σημαντικά μέσα στην κοιλότητα,που βελτιώνει σημαντικά τη μονοχρωματικότητα (καθαρότητα χρώματος) του λέιζερ.
Κατευθυνόμενη έξοδος: Τελικά, ένα τμήμα του εξαιρετικά έντονου λέιζερ θα μεταδοθεί μέσω του μερικού ανακλαστήρα, σχηματίζοντας μια πολύ κολιματισμένη και στενά αποκλίνουσα ακτίνα λέιζερ.
Χωρίς οπτικό συντονιστή, η δραστική ουσία εκπέμπει απλώς συνηθισμένη φθορά τυχαίας κατεύθυνσης και διαφόρων μήκων κύματος.Έχουμε δημιουργήσει το ακριβές και καθαρό "λέιζερ" που βλέπουμε.
Τελευταία επεξεργασία: σύστημα ψύξης και ελέγχου
Για την πλειοψηφία των συσκευών λέιζερ (ειδικά εκείνων μεσαίας έως υψηλής ισχύος) είναι απαραίτητο ένα σύστημα ψύξης.προκαλώντας την απότομη αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου αύξησηςΈνα αποτελεσματικό σύστημα ψύξης (όπως η ψύξη με νερό, η ψύξη με αέρα,ή ψύξη ημιαγωγών TEC) μπορεί να εξασφαλίσει τη σταθερή και συνεχή λειτουργία του λέιζερ.
Εν τω μεταξύ, το σύστημα ελέγχου είναι ο πυρήνας του λέιζερ. Χρησιμοποιεί ακριβή κυκλώματα και λογισμικό για να ρυθμίσει το ρεύμα της πηγής αντλίας, να ελέγξει τη λειτουργία του συστήματος ψύξης,και μπορεί να ενσωματώνει συστατικά όπως Q-switches και modulators για να επιτύχει ακριβή έλεγχο της εξόδου λέιζερ (όπως πλάτος παλμού και συχνότητα), προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις διαφόρων σενάριων εφαρμογής.
Συνοπτικά, η πηγή αντλίας παρέχει ενέργεια, το μέσο αύξησης είναι υπεύθυνο για την ενίσχυση του φωτός, ο οπτικός συντονιστής διαμορφώνει την ποιότητα του λέιζερ,και τα συστήματα ψύξης και ελέγχου εξασφαλίζουν την σταθερή λειτουργία τουΑυτά τα τέσσερα βασικά συστατικά είναι σαν μια πολύ συντονισμένη ομάδα, απαραίτητα το ένα για το άλλο.Είναι ακριβώς η απρόσκοπτη συνεργασία μεταξύ τους που μετατρέπει το συνηθισμένο φως σε ένα ισχυρό εργαλείο ικανό να αλλάξει τον κόσμο, οδηγώντας συνεχώς την επαναστατική πρόοδο στην τεχνολογία και τη βιομηχανία.