Jakie są główne, podstawowe komponenty lasera?

Od skanerów kodów kreskowych w kasie supermarketów po precyzyjne noże chirurgiczne w szpitalach,Od oślepiających pokazów świetlnych na scenach, do iskry latającej, gdy grube stalowe płyty są cięte w fabrykach.Wszystko to pochodziło od urządzenia, które "podnieca" światło i koncentruje je w potężne źródło energii - laser.
I. Źródło energii: Źródło pompy
Źródło pompy jest "silnikiem" lasera, którego podstawową funkcją jest dostarczanie energii substancji roboczej, tworząc podstawy do wytwarzania lasera.Tak jak pompa wodna pociąga wodę z niższego poziomu na wyższy poziom, źródło pompy "pompuje" atomy lub cząsteczki z niższego poziomu energii do wyższego poziomu energii, tworząc odwrotność liczby cząstek (jest to kluczowy warunek do generowania lasera).
Do typowych rodzajów źródeł pompowania należą:
Pompowanie optyczne: Wykorzystanie światła z silnego źródła światła (takiego jak lampa ksenonowa, lampa kryptonowa) lub innego lasera (takiego jak dioda laserowa) do napromieniowania substancji roboczej.Jest to najczęstsza metoda stosowana w laserach stałych (takich jak lasery YAG).
Elektro-pompowanie: bezpośrednie stosowanie prądu elektrycznego do substancji roboczej, powodując pobudzenie cząstek poprzez zderzenia elektronów.Jest to główna metoda pompowania dla laserów półprzewodnikowych (diody laserowe) i laserów gazowych (takich jak lasery CO2).
Pompowanie chemiczne: Wykorzystanie energii uwalnianej w wyniku reakcji chemicznych do pobudzenia cząstek, co jest powszechnie stosowane w niektórych silnych laserach gazowych.
Wydajność źródła pompowania bezpośrednio określa wydajność i moc wyjściową lasera.
II. Świetliste ciało: Średnia stężenie/substancja czynna
Środek wzmocnienia, znany również jako substancja robocza, jest "głównym etapem" lasera i jest tym, z którego laser rzeczywiście pochodzi.takie jak długość fali wyjściowej (kolor) i moc potencjalna.
W zależności od stanu materii podzielone są one głównie na cztery kategorie:
Środki gazowe: np. dwutlenek węgla (CO2), neon helu (He-Ne), jony argonu (Ar+) itp. Mogą generować ciągłe i wysokiej jakości wiązki laserowe i są szeroko stosowane w cięciu,leczenie i badania naukowe.
Środowisko ciekłe: takie jak rozpuszczalniki organiczne dopywane barwnikami. Charakteryzuje się zdolnością do ciągłego regulacji długości fali wyjściowej w określonym zakresie,i jest powszechnie stosowany w badaniach spektroskopii.
Środki stałe: takie jak granat ytrium aluminiowy (Nd:YAG) z neodymium, kryształy rubinu lub szkło neodymium.co czyni je preferowanym wyborem w przetwarzaniu przemysłowym i zastosowaniach wojskowych.
Materiały półprzewodnikowe: takie jak arsenek galiu (GaAs) i inne związki.Są absolutną siłą w takich dziedzinach jak komunikacja optyczna., odczytywanie dysków optycznych i drukowanie laserowe.
Kiedy cząstki w środku pobudzenia są podniecone przez źródło pompy, przechodzą proces stymulowanej emisji i uwalniają nowe fotony, które są dokładnie takie same jak fotony wpadające,osiągając w ten sposób wzmocnienie optyczne.
III. Dusza rezonansowa: rezonator optyczny
Rezonator optyczny jest "maszyną do kształtowania jakości" lasera, która określa kierunkowość i monochromatyczność lasera.Zwykle składa się z dwóch starannie umieszczonych odblaskowych luster zwróconych do siebieJednym z nich jest lustro całkowitego odbicia (o odbiciu zbliżonym do 100%), a drugim lustro częściowego odbicia (lustro sprzęgające wyjściowe, o odbiciu około 90% - 99%).
Jego podstawowe funkcje to trzy:
Pozytywne sprzężenie zwrotne: powoduje, że fotony generowane przez stymulowaną emisję wielokrotnie odbijają się między dwoma lusterkami, nieustannie wywołując reakcję łańcuchową, podobną do stymulowanej emisji,powodujące wykładniczy wzrost natężenia światła.
Wybór trybu: tylko specyficzne długości fal światła, które rozprzestrzeniają się wzdłuż kierunku osiowego, mogą stabilnie oscylować i być znacznie wzmocnione wnętrze jamy,który znacząco poprawia monochromatyczność (czystość barwy) lasera.
Wynik ukierunkowany: Ostatecznie część bardzo intensywnego lasera zostanie przesłana przez częściowy odblaskowiec, tworząc bardzo kolimatowany i wąsko rozbieżny wiązek laserowy.
Bez rezonatora optycznego substancja robocza emituje jedynie zwykły fluorescencji przypadkowego kierunku i różnych długości fal.Sforsowaliśmy precyzyjne i czyste "lasery", które widzimy..
IV. Ostatnie elementy: system chłodzenia i sterowania
W przypadku większości urządzeń laserowych (zwłaszcza urządzeń o średniej do dużej mocy) niezbędny jest system chłodzenia.powodując gwałtowny wzrost temperatury środka zwiększającegoEfektywny system chłodzenia (np. chłodzenie wodne, chłodzenie powietrzne,lub TEC chłodzenia półprzewodnika) może zapewnić stabilną i ciągłą pracę lasera.
System sterowania jest rdzeniem lasera, wykorzystuje precyzyjne obwody i oprogramowanie do regulacji prądu pompy, sterowania działaniem układu chłodzenia,i mogą zintegrować elementy takie jak przełączniki Q i modulatory w celu dokonania precyzyjnej kontroli wyjścia lasera (takich jak szerokość i częstotliwość impulsu), aby spełnić wymagania różnych scenariuszy zastosowań.
Podsumowując, źródło pompy dostarcza energii, medium wzmacniania jest odpowiedzialne za wzmacnianie światła, rezonator optyczny kształtuje jakość lasera,a systemy chłodzenia i sterowania zapewniają stabilną pracęTe cztery podstawowe elementy są jak ściśle skoordynowany zespół, niezbędny dla siebie.Właśnie bezproblemowa współpraca między nimi przekształca zwykłe światło w potężne narzędzie zdolne do zmiany świata, nieustannie napędzając rewolucyjny postęp w technologii i przemyśle.