Принцип действия лазера: 1.2.2 Лазеры. Конструкции, принцип действия, основные

Содержание

Лазер – устройство и принцип действия


Лазер – одно из наиболее ярких и полезных изобретений XX века, открывшее перед человечеством огромное количество новых направлений деятельности.

Прежде всего, давайте разберемся, что это такое – лазер?

Английское слово LASER образовано от сокращения «light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе на русский означает «усиление света посредством вынужденного излучения». И здесь что ни слово – то скрытый физический смысл.


Лазерный луч представляет собой когерентный, монохромный, поляризованный узконаправленный световой поток. Если говорить человеческим языком, то это означает следующее:

  • Когерентный – то есть такой, где частота излучения всеми источниками синхронна (а надо понимать, что свет – это электромагнитная волна, испускаемая атомами и обладающая своей частотой).
  • Монохромный – значит сосредоточенный в узком диапазоне длинны волны.
  • Поляризованный – обладающий направленным вектором колебания электромагнитного поля (само это колебание – и есть световая волна).

Одним словом, это луч света, испускаемый мало того, что синхронными источниками, так еще и в очень узком диапазоне, причем направленно. Этакий чрезвычайно сконцентрированный световой поток.

Устройство лазера.

Толку от самого физического понятия о лазере было бы немного, если бы его не умели создавать. Основой устройства служит оптический квантовый генератор, который, используя электрическую, химическую, тепловую или какую-то другую энергию, производит лазерный луч. А производит он его посредством вынужденного или, как еще говорят, индуцированного излучения – то есть когда атом, в который попадает фотон (частица света), не поглощает его, а излучает еще один фотон, являющийся точной копией первого (когерентный). Таким образом, происходит усиление света.

Лазеры как правило состоят из трех частей:

  • Источник энергии или механизм накачки;
  • Рабочее тело;
  • Система зеркал или оптический резонатор.



За что отвечает каждая из этих частей:

Источник энергии, что очевидно из названия, подает необходимую для работы устройства энергию. Для лазеров применяются различные виды энергии, зависящие от того, что именно используется в качестве рабочего тела. Такой первоначальной энергией, в числе прочего, может выступать и другой источник света, а также электрический разряд, химическая реакция и т.д. Здесь нужно упомянуть, что свет – это передача энергии и фотон – не только частица или, говоря иначе, квант света, но и частица энергии.

Рабочее тело – это наиболее важная составляющая лазера. Оно как раз и является телом, в котором находятся атомы, излучающие когерентные фотоны. Для того, чтобы процесс излучения когерентных фотонов произошел, рабочее тело подвергается энергетической накачке, которая приводит, грубо говоря, к тому, что большая часть атомов, из которых состоит рабочее тело, перешли в возбужденное  энергетическое состоянии с общим знаменателем. В этом состоянии переход к обратному – основному – не возбужденному состоянию произойдет, если через атом пройдет фотон, соответствующий по своей энергии разнице между этими двумя состояниями атома.

Таким образом, возбужденный атом, при переходе в основное состояние добавляет к «пролетавшему через него» фотону его точную копию.

Именно рабочее тело определяет все наиболее важные характеристика лазера, такие как мощность, диапазон и т.п. Выбор рабочего тела производится из соображений, диктуемых нам тем, что мы хотим получить от этого лазера.

Ну и, соответственно, вариантов тут очень много: все агрегатные состояний (газ, твердое, жидкость и даже плазма), всевозможные материалы, используются также и полупроводники (например, в CD приводах).

Оптический резонатор – это обыкновенная система зеркал, расположенных вокруг рабочего тела, ведь оно излучает свет во всех направлениях, а нам нужно собрать в один узкий пучок. Для этой цели и служит оптический резонатор.




Применение лазер находит всюду, лишь бы хватило инженерной мысли додуматься как в тех или иных случаях применить эту технологию. Им есть место и в медицине, и в промышленности, и в быту, и в военном деле, и даже для передачи информации.


Принцип действия лазера: специфические особенности лазерного излучения

Первым принцип действия лазера, физика которого основывалась на законе излучения Планка, теоретически обосновал Эйнштейн в 1917 году. Он описал поглощение, спонтанное и вынужденное электромагнитное излучение с помощью вероятностных коэффициентов (коэффициенты Эйнштейна).

Первопроходцы

Теодор Мейман был первым, кто продемонстрировал принцип действия рубинового лазера, основанный на оптической накачке с помощью лампы-вспышки синтетического рубина, производившего импульсное когерентное излучение с длиной волны 694 нм.

В 1960 г. иранские ученые Джаван и Беннетт создали первый газовый квантовый генератор с использованием смеси газов He и Ne в соотношении 1:10.

В 1962 году Р. Н. Холл продемонстрировал первый диодный лазер из арсенида галлия (GaAs), излучавший на длине волны 850 нм. Позже в том же году Ник Голоняк разработал первый полупроводниковый квантовый генератор видимого света.

Устройство и принцип действия лазеров

Каждая лазерная система состоит из активной среды, помещенной между парой оптически параллельных и высокоотражающих зеркал, одно из которых полупрозрачное, и источника энергии для ее накачки. В качестве среды усиления может выступать твердое тело, жидкость или газ, которые обладают свойством усиливать амплитуду световой волны, проходящей через него, вынужденным излучением с электрической или оптической накачкой. Вещество помещается между парой зеркал таким образом, что свет, отражающийся в них, каждый раз проходит через него и, достигнув значительного усиления, проникает сквозь полупрозрачное зеркало.

Двухуровневые среды

Рассмотрим принцип действия лазера с активной средой, атомы которой имеют только два уровня энергии: возбужденный E2 и базовый Е1. Если атомы с помощью любого механизма накачки (оптического, электрического разряда, пропускания тока или бомбардировки электронами) возбуждаются до состояния E2, то через несколько наносекунд они вернутся в основное положение, излучая фотоны энергии hν = E2 – E1. Согласно теории Эйнштейна, эмиссия производится двумя различными способами: либо она индуцируется фотоном, либо это происходит спонтанно. В первом случае имеет место вынужденное излучение, а во втором – спонтанное. При тепловом равновесии вероятность вынужденного излучения значительно ниже, чем спонтанного (1:1033), поэтому большинство обычных источников света некогерентны, а лазерная генерация возможна в условиях, отличных от теплового равновесия.

Даже при очень сильной накачке населенность двухуровневых систем можно лишь сделать равной. Поэтому для достижения инверсной населенности оптическим или иным способом накачки требуются трех- или четырехуровневые системы.

Многоуровневые системы

Каков принцип действия трехуровневого лазера? Облучение интенсивным светом частоты ν02 накачивает большое количество атомов с самого низкого уровня энергии E0 до верхнего Е2. Безызлучательный переход атомов с E2 до E1 устанавливает инверсию населенности между E1 и E0, что на практике возможно только, когда атомы длительное время находятся в метастабильном состоянии E1, и переход от Е2 до Е1 происходит быстро. Принцип действия трехуровневого лазера заключается в выполнении этих условий, благодаря чему между E0 и E1 достигается инверсия населенности и происходит усиление фотонов энергией Е10 индуцированного излучения. Более широкий уровень E2 мог бы увеличить диапазон поглощения длин волн для более эффективной накачки, следствием чего является рост вынужденного излучения.

Трехуровневая система требует очень высокой мощности накачки, так как нижний уровень, задействованный в генерации, является базовым. В этом случае для того, чтобы произошла инверсия населенности, до состояния E1 должно быть накачано более половины от общего числа атомов. При этом энергия расходуется впустую. Мощность накачки можно значительно уменьшить, если нижний уровень генерации не будет базовым, что требует, по крайней мере, четырехуровневой системы.

В зависимости от природы активного вещества, лазеры подразделяются на три основные категории, а именно, твердый, жидкий и газовый. С 1958 года, когда впервые наблюдалась генерация в кристалле рубина, ученые и исследователи изучили широкий спектр материалов в каждой категории.

Твердотельный лазер

Принцип действия основан на использовании активной среды, которая образуется путем добавления в изолирующую кристаллическую решетку металла переходной группы (Ti+3, Cr+3, V+2, Со+2, Ni+2, Fe+2, и т. д.), редкоземельных ионов (Ce+3, Pr+3, Nd+3, Pm+3, Sm+2, Eu+2,+3, Tb+3, Dy+3, Ho+3, Er+3, Yb+3, и др.), и актиноидов, подобных U+3. Энергетические уровни ионов отвечают только за генерацию. Физические свойства базового материала, такие как теплопроводность и тепловое расширение, имеют важное значение для эффективной работы лазера. Расположение атомов решетки вокруг легированного иона изменяет ее энергетические уровни. Различные длины волн генерации в активной среде достигаются путем легирования различных материалов одним и тем же ионом.

Гольмиевый лазер

Примером твердотельного лазера является квантовый генератор, в котором гольмий заменяет атом базового вещества кристаллической решетки. Ho:YAG является одним из лучших генерационных материалов. Принцип действия гольмиевого лазера состоит в том, что алюмоиттриевый гранат легируется ионами гольмия, оптически накачивается лампой-вспышкой и излучает на длине волны 2097 нм в ИК-диапазоне, хорошо поглощаемом тканями. Используется этот лазер для операций на суставах, в лечении зубов, для испарения раковых клеток, почечных и желчных камней.

Полупроводниковый квантовый генератор

Лазеры на квантовых ямах недороги, позволяют массовое производство и легко масштабируются. Принцип действия полупроводникового лазера основан на использовании диода с p-n-переходом, который производит свет определенной длины волны путем рекомбинации носителя при положительном смещении, подобно светодиодам. LED излучают спонтанно, а лазерные диоды – вынужденно. Чтобы выполнить условие инверсии заселенности, рабочий ток должен превышать пороговое значение. Активная среда в полупроводниковом диоде имеет вид соединительной области двух двумерных слоев.

Принцип действия лазера данного типа таков, что для поддержания колебаний никакого наружного зеркала не требуется. Отражающая способность, создаваемая благодаря показателю преломления слоев и внутреннему отражению активной среды, для этой цели достаточна. Торцевые поверхности диодов скалываются, что обеспечивает параллельность отражающих поверхностей.

Соединение, образованное полупроводниковыми материалами одного типа, называется гомопереходом, а созданное соединением двух разных – гетеропереходом.

Полупроводники р и n типа с высокой плотностью носителей образуют р-n-переход с очень тонким (≈1 мкм) обедненным слоем.

Газовый лазер

Принцип действия и использование лазера этого типа позволяет создавать устройства практически любой мощности (от милливатта до мегаватта) и длин волн (от УФ до ИК) и позволяет работать в импульсном и непрерывном режимах. Исходя из природы активных сред, различают три типа газовых квантовых генераторов, а именно атомные, ионные, и молекулярные.

Большинство газовых лазеров накачиваются электрическим разрядом. Электроны в разрядной трубке ускоряются электрическим полем между электродами. Они сталкиваются с атомами, ионами или молекулами активной среды и индуцируют переход на более высокие энергетические уровни для достижения состояния населения инверсии и вынужденного излучения.

Молекулярный лазер

Принцип действия лазера основан на том, что, в отличие от изолированных атомов и ионов, в атомных и ионных квантовых генераторах молекулы обладают широкими энергетическими зонами дискретных энергетических уровней. При этом каждый электронный энергетический уровень имеет большое число колебательных уровней, а те, в свою очередь, – несколько вращательных.

Энергия между электронными энергетическими уровнями находится в УФ и видимой областях спектра, в то время как между колебательно-вращательными уровнями – в дальней и ближней ИК областях. Таким образом, большинство молекулярных квантовых генераторов работает в далекой или ближней ИК областях.

Эксимерные лазеры

Эксимеры представляют собой такие молекулы как ArF, KrF, XeCl, которые имеют разделенное основное состояние и стабильны на первом уровне. Принцип действия лазера следующий. Как правило, в основном состоянии число молекул мало, поэтому прямая накачка из основного состояния не представляется возможной. Молекулы образуются в первом возбужденном электронном состоянии путем соединения обладающих большой энергией галогенидов с инертными газами. Населенность инверсии легко достигается, так как число молекул на базовом уровне слишком мало, по сравнению с возбужденным. Принцип действия лазера, кратко говоря, состоит в переходе из связанного возбужденного электронного состояния в диссоциативное основное состояние. Населенность в основном состоянии всегда остается на низком уровне, потому что молекулы в этой точке диссоциируют на атомы.

Устройство и принцип действия лазеров состоит в том, что разрядную трубку наполняют смесью галогенида (F2) и редкоземельного газа (Ar). Электроны в ней диссоциируют и ионизируют молекулы галогенида и создают отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы Ar+ и отрицательные F реагируют и производят молекулы ArF в первом возбужденном связанном состоянии с последующим их переходом в отталкивающее базовое состояние и генерацией когерентного излучения. Эксимерный лазер, принцип действия и применение которого мы сейчас рассматриваем, может применяться для накачки активной среды на красителях.

Жидкостный лазер

По сравнению с твердыми веществами, жидкости более однородны, и обладают большей плотностью активных атомов, по сравнению с газами. В дополнение к этому, они не сложны в производстве, позволяют просто отводить тепло и могут быть легко заменены. Принцип действия лазера состоит в использовании в качестве активной среды органических красителей, таких как DCM (4-дицианометилен-2-метил-6-p- диметиламиностирил-4Н-пиран), родамина, стирила, LDS, кумарина, стильбена, и т. д., растворенных в надлежащем растворителе. Раствор молекул красителя возбуждается излучением, длина волны которого обладает хорошим коэффициентом поглощения. Принцип действия лазера, кратко говоря, заключается в генерации на большей длине волны, называемой флуоресценцией. Разница между поглощенной энергией и излучаемыми фотонами используется безызлучательными энергетическими переходами и нагревает систему.

Более широкая полоса флуоресценции жидкостных квантовых генераторов обладает уникальной особенностью – перестройкой длины волны. Принцип действия и использование лазера этого типа как настраиваемого и когерентного источника света, приобретает все большее значение в спектроскопии, голографии, и в биомедицинских приложениях.

Недавно квантовые генераторы на красителях стали использоваться для разделения изотопов. В этом случае лазер избирательно возбуждает один из них, побуждая вступить в химическую реакцию.

Физики кардинально пересмотрели теорию, касающуюся принципов работы лазера

Оптическое устройство, позволяющее получить когерентный монохроматический луч света и известное под названием лазер, было изобретено более 60 лет назад.

И, казалось бы, что за столь долгое время, в течение которого лазеры нашли очень широкое применение в самых различных областях науки и техники, ученые должны были досконально разобраться в принципах работы этого устройства, которое, согласно современным учебникам физики работает на границе между классической физикой и квантовой механикой.

Но не так давно ученые из университета Суррея, Великобритания, Технологического института Карлсруэ и института IOSB Фраунгофера, Германия, опубликовали в журнале “Progress in Quantum Electronics” работу, в которой они поставили под большое сомнение ортодоксальную теорию о принципах работы лазера.

То, что дало ученым возможность поставить под сомнение существующую теорию, является шириной спектральной линии лазерного света. По всем канонам физики идеальный лазер должен производить свет строго определенной длины волны, т.е. ширина его спектральной линии должна стремиться к бесконечно малому значению. На практике же лазеры производят фотоны света, имеющие очень малые отклонения длины волны от базового значения, и эти отклонения делают так, что ширина спектральной линии лазерного света имеет определенное ненулевое значение, и чем выше класс (качество) лазера, тем тоньше ширина этой линии.

В ортодоксальной теории это объясняется влиянием некоторых эффектов из области квантовой механики. Но такое объяснение, при тщательном рассмотрении, не выдерживает критики. Оно не раз становилось причиной затруднительного положения, в которое попадали некоторые преподаватели физики, которым наиболее умные из студентов задавали на лекциях весьма “неудобные” вопросы.

Проведя свои эксперименты, ученые обнаружили, что основной принцип работы лазера, определяющий, что усиление света в теле лазера полностью компенсирует потери, является весьма приближенным к действительности. Ученые измерили количественные значения энергетических потерь в лазере и выяснили, что существует еще один вид крошечных избыточных потерь, которые никак не компенсируются усилением света, и они, эти потери, прямо влияют на расширение спектральной линии лазерного света. Другими словами, во всем этом не наблюдается никакого влияния квантовой механики, а работают обычные классические физические явления.

“Как нам удалось выяснить, существует достаточно простое и легкое объяснение факту существования ненулевой толщины спектральной линии лазерного света” – рассказывает Маркус Полно (Markus Pollnau), профессор из университета Суррея, – “В этом объяснении фигурируют лишь законы и базовые принципы классической физики, все попытки объяснить это с точки зрения квантовой механики являются безнадежно неправильными. И данный факт должен заставить нас полностью пересмотреть некоторые из аспектов “взаимоотношений” между классической физикой и квантовой механикой”.

Лазер принцип действия – Энциклопедия по машиностроению XXL

В качестве источника 2 возбуждающего света может использоваться рубидиевый лазер. Принцип действия заключается в следующем. Поляризуемое вещество, например газ поляризуется магнитным полем катушек 4 и возбуждается лазером до момента просветления, которое происходит, когда большая часть атомов переходит в возбужденное состояние и поглощение возбуждающего излучения пропадает. Затем в полость 6 помещается исследуемая магнитная лента 8. Локальные магнитные поля, записанные на ленте, будут создавать, как было показано выше, намагниченные участки в ферромагнитном зеркальном слое стенки полости. В результате вблизи данных участков атомы КЬ перейдут в другое, невозбужденное состояние и начнут поглощать возбуждающее излучение.
Интенсивность поглощения возбуждающего излучения пропорциональна величине магнитной индукции вблизи поверхности полости, обусловленной намагниченной лентой, помещенной в данную полость. Таким образом, по распределению светового потока в объеме кюветы можно судить о характере намагниченности ленты.  [c.233]
Прежде чем ознакомиться с устройством и принципом действия лазера, рассмотрим некоторые вопросы взаимодействия света с веществом.  [c.378]

Принцип действия лазера. На примере твердотельного лазера объясним принцип действия лазера. В качестве активной среды  

[c.383]

Лазер 378—390 —, применения 388—390 —, принцип действия 383-386 —, условие генерации 386 Линза 179 и д.  [c.427]

В предыдущих параграфах, посвященных описанию принципа действия и конкретных схем лазеров, основное внимание концентрировалось на энергетической стороне дела, а именно, на методах образования достаточно большой инверсной заселенности и на усилении поля в активной среде. Существенную роль при этом играл резонатор, зеркала которого отражали падающий на них свет в активную среду и тем самым способствовали достижению порога генерации. Однако, помимо указанной функции, резонатор выполняет и другую — формирует пространственно когерентное и монохроматическое излучение.  

[c.794]

Рис. 35.23. Принцип действия полупроводникового лазера
Принцип действия оптической схемы заключается в следующем. Плоская световая волна, получаемая от лазера 7 посредством оптического блока 6, после прохождения через исследуемую турбулентную среду попадает на клиновидную стеклянную пластину 5. На последней осуществляется выделение двух требуемых лучей. В качестве первого можно рассматривать, например, луч, проходящий путь В — Е — В, т. е. луч, отраженный от передней поверхности пластины. Тогда в качестве второго следует взять луч.[c.225]

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРА  [c.61]

Рассмотрим принцип действия лазера (рис. 31). Активная среда 2 лазера, представляющая собой монокристалл (матрицу) с введенными в нее активными ионами (активатором), помещена между двумя зеркалами 1 и 4, из которых одно способно полностью отражать падающее на него излучение, а другое отражает лишь 95 % (остальное излучение оно способно пропустить). В качестве системы возбуждения (накачки) используется мощная лампа 3. Кристалл и лампа накачки заключены в цилиндрический отражатель, позволяющий полнее использовать излучение лампы.  [c.61]


Рис. 31. Принцип действия лазера
Рассматривая принцип действия лазера, было принято, что уровень 2 начальный, а уровень 1 конечный данного лазерного перехода. Создание состояния инверсной населенности в двухуровневой системе с помощью внешней накачки весьма затруднительно вследствие равенства В 2 = 21- Для получения инверсной населенности Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым была предложена трехуровневая система (рис. 33, а). При интенсивной накачке происходит поглощение, вызывающее переходы с основного уровня / на уровень 5, вследствие чего уменьшается населенность уровня I и возрастает населенность уровня 3. Спустя некоторое время, часть частиц возвращается на уровень /, а часть переходит на уровень 2. При этом скорость перехода частиц с уровня 3 на уровень 2 больше, чем с уровня 2 на уровень 1. В результате на уровне 2 происходит накопление  [c.62]

Каков принцип действия твердотельного лазера  [c.78]

Принцип действия обеих схем аналогичен, Прошедший через объект луч лазера направляется на фотоприемник, выходной сигнал которого, пропорциональный пропусканию объекта в данной точке, поступает через электронную схему на кинескоп. Развертка кинескопа синхронизирована с движением луча лазера (или перемещениями объекта). Сигнал фотоприемника модулирует электронный луч  [c. 96]

Рассмотрим принципы действия ЛДА и ЛРА. ЛДА по дифференциальной схеме, имеющей преимущественное распространение и использующей прямое рассеяние света, изображен на рис. 2.23. Луч лазера 1 расщепляется в узле 2 на  [c.52]

Квантовую электронику можно определить как раздел электроники, в котором фундаментальную роль играют явления квантового характера. Настоящая книга посвящена рассмотрению частного аспекта квантовой электроники, а именно описанию физических принципов действия лазеров и их характеристик. Прежде чем заняться детальным обсуждением предмета, целесообразно уделить некоторое внимание элементарному рассмотрению идей, на которых основаны лазеры.  [c.10]

Порядок изложения материала в данной книге соответствует рассмотрению лазера (на что мы указывали выше в этой главе) как устройства, состоящего из следующих трех основных элементов 1) активной среды, 2) системы накачки и 3) подходящего резонатора. Поэтому следующие три главы посвящены соответственно взаимодействию излучения с веществом, процессам накачки и теории пассивных оптических резонаторов. Общие представления, данные в этих главах, используются затем в гл. 5 при рассмотрении теории непрерывного и переходного режимов работы лазеров. Теория развивается в рамках приближения низшего порядка, т. е. на основе скоростных уравнений. Такое рассмотрение действительно позволяет описать большинство характеристик лазера. Очевидно, лазеры, в которых применяются разные активные среды, существенно различаются по своим характеристикам. Поэтому естественно, что следующая глава (гл. 6) посвящена обсуждению характерных свойств отдельных типов лазеров. К этому моменту читатель уже будет достаточно подготовлен к тому, чтобы понять принцип действия лазера и перейти к изучению характерных свойств выходного лазерного пучка (когерентности, монохроматичности, направленности, яркости, шумовых характеристик). Эти свойства мы  [c.23]

Принцип действия полупроводникового лазера можно рассмотреть с помощью рис. 6.37, на котором показаны валентная зона полупроводника V, зона проводимости С и ширина запрещенной зоны Eg. Если предположить для простоты, что полупроводник находится при температуре Т = О К, то валентная зона будет полностью заполнена электронами, в то время как зона проводимости будет пуста (см, рис. 6.37, а, где заштрихованная область является областью заполненных состояний). Предположим теперь, что электроны каким-либо образом переведены из валентной зоны в зону проводимости. Внутри этой зоны электроны за очень короткое время (10 с) перейдут на ее  [c.401]


Используемый для зондирования атмосферы лазерный локатор или лидар включает в себя передающее и приемное устройства. Передающее устройство обычно состоит из лазера, телескопа 1и поворотного стола приемное устройство — из телескопа, поворотного стола, приемника излучения с системой фильтров, усилителя слабых сигналов, затворов, регистратора излучения, анализатора [103, 104]. Принцип действия лидеров основан на излучении, рас-  [c. 127]

Рассмотрим подробнее принципы действия, основные режимы работы и наиболее типичные характеристики излучения перечисленных лазеров.  [c.160]

Принцип действия лазеров с управляемой добротностью основан на сокращении времени излучения посредством накопления активных атомов на метастабильном уровне. Это достигается искусственным уменьшением добротности резонатора во время действия импульса накачки, в результате чего условия самовозбуждения не выполняются. При достаточной мощности накачки на метастабильном уровне можно накопить почти все атомы активного вещества.  [c.161]

Таким образом, сам принцип действия лазера накладывает ограничение на число генерируемых продольных мод. Число аксиальных мод можно ограничить путем уменьшения уровня мощности накачки. Если уровень мощности накачки превосходит пороговое значение настолько, что усиление превышает потери только в центре линии усиления, то лазер будет генерировать на одной частоте, совпадающей с центральной частотой контура.[c.135]

Принцип действия. Для осуществления лазерной генерации в режиме самовозбуждения необходимо, как известно, обеспечить 1) амплитудное условие генерации, т.е. создать усиление в активной среде, достаточное для компенсации всех видов потерь 2) фазовое условие генерации, т.е. реализовать положительную обратную связь за счет использования оптических резонаторов либо самопроизвольно записывающихся объемных фазовых решеток в нелинейной среде 3) затравочное шумовое излучение, из которого развивается генерация. В традиционных лазерах усиление возникает в процессах вынужденного излучения в активной среде с инверсной населенностью. При пороговом значении накачки усиление света компенсирует его потери  [c.9]

Как и должно быть, вероятности ноглогцения фонона пропорциональны функции распределения фононов а вероятность испускания пропорциональны 1 + Л , то есть имеет место вынужденное рождение фононов, как и положено для бозонов. Вынужденное испускание хоропю известно из теории лазеров, принцип действия которых основан на вынужденном рождении фотонов.[c.45]

В этой главе рассмотрим принцип действия и устройство некоторых квантовых генераторов, работающих в оптическом дпаиазоне длин волн (в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях). На современном этапе лазеры достигли весьма высокого уровня развития. Существует большое число разнообразных типов и конструкций лазеров, среди которых можно выделить твердотельные, газовые (атомные, ионные, молекулярные), жидкостные (лазеры на красителях), химические, полупроводниковые.  [c.267]

На рис. 153 приведена схема устройства принцип действия которого также основан на измерении амплитуды оптического сигнала, однако в нем происходит сравнение двух сигналов, полученных от эталонного и измеряемого изделий. Параллельный пучок лазера 1 проходит через поляризатор 2 и расщепляется призмой 3 на два пучка одинаковой интенсивности — для освещения эталонного и измеряемого изделий. Призма 8 позволяет сделать эти пучки параллельными. В качестве эталонного объекта используется щель 10. После дифракции на эталонном 10 и измеряемом 5 изделиях часть продифрагировавших лучей 11, 20, распространяющихся под углом а к падающим пучкам 4 и 6, попадает на линзу 19 и собирается в фокальной плоскости, где расположен фотоэлемент 17. Если размер измеряемого изделия отличается от эталонного, то интенсивность лучей, распростра-  [c.258]

К динамическим Г. относятся струнные Г. н баллистич. Г. С т р у н п ы е Г. применяются для откосительных измерений. Ag определяется по изменению частоты колебаний нагруженной струны. Баллистические Г. используются для абс. измерений, Принцип действия баллистич. Г. основан на измерении времеии прохождения пробного (сио5одно надаю-що[ о)тела через неск. точек, расстояния между к-рыми также измеряются. Высокая точность измерения достигается использованием кварцевых и атомных стандартов частоты и лазеров.  [c.521]

В случае низкой плотности электронов преобладают процессы излучат, рекомбинации, когда электрон оказывается на ниж. уровнях иона А” если электронная темп-ра при этом велика, то ион оказывается в осн. состоянии. Указанные процессы и определяют два осн. механизма создания в Р. л. инверсия. Р.л.состолк-новп тельной накачкой по принципу действия гораздо ближе к традиц. лазерам, работающим в видимой области. В этом случае в качестве активной среды используется высокотемпературная плазма низкой плотности. В результате излучат, рекомбинации  [c.366]

Интерференционные методы основаны на зависимости оптической разности хода двух сходя-шлхся лучей от показателей преломления пройденных ими областей. Для когерентных лучей, прошедших одинаковые по размерам области L с показателями преломления [ и 2, оптическая разность хо-да Д / = ( I – 2)i На экране образуется интерференционная картина, т е. изображение чередующихся темных и светлых полос (рис. 6.17, 6.18). Расположение полос связано с распределением плотности в области течения исследуемой жидкости (газа) и зависит от способа настройки оптической схемы. Когерентность лучей наиболее просто обеспечивается расщеплением исходного луча от источника света полупрозрачными зеркалами или оптическими призмами. Для этих же целей в качестве источника света используются лазеры. Оптические системы, основанные на этом принципе действия, называют интерферометрами. В газо-  [c.388]


Конструкция и принцип действия Кг+-лазера аналогичны Аг+-лазеру Это позволяет создавать белый> лазер, в котором рабочей средой является смесь газов Аг и Кг. Если ие принимать мер для выделения линий, то одновременно могут генерировать 5—6 линий Аг в сине-зеленом диапазоне п 2—3 линии Кг в красном. Излучение такого лазера действительно выглядит белым. — Ярыж, перев.  [c.357]

Принцип действия газодинамического лазера можно кратко описать следующим образом (рис. 6.22). Предположим, что вначале газовая смесь находится при высокой температуре (например, Т = 1400 К) и высоком давлении (например, р = 17 атм) в соответствующем резервуаре. Поскольку газ первоначально находится в термодинамическом равновесии, у молекулы СО2 будет большой населенность уровня 00 1 (порядка 10% населенности основного состояния см. рис. 6.22,6). Разумеется, по сравнению с этой населенность нижнего уровня является более высокой ( 25%), и, следовательно, инверсия населенностей отсутствует. Предположим теперь, что газовая смесь истекает через какне-то сопла (рис. 6.22, е). Поскольку расширение является адиабатическим, температура поступательного движения смеси становится очень низкой. За счет VT-релаксации населенности как верхнего, так и нижнего лазерных уровней будут стремиться к новым равновесным значениям. Однако, поскольку время жизни верхнего уровня больше времени жизни нижнего, релаксация нижнего уровня произойдет на более ранней стадии процесса расширения (рис. 6.22,6). Таким образом, ниже по потоку от зоны расширения будет существовать достаточно широкая область с инверсией населенностей. Протяженность этой области L приближенно определяется временем, необходимым для передачи возбуждения от молекулы N2 молекуле СО2. При этом оба лазерных зеркала выбирают прямоугольной формы и их располагают так, как показано на рис. 6.22, е. Такой способ создания инверсии населенностей будет эффективным лишь в  [c.375]

Г. Соммаргреном в работе [70] описан новый оригинальный прибор — оптический гетеродинный профилометр. По принципу действия он является разновидностью интерферометра. Поверхность образца в оптическом гетеродинном профилометре освещается двумя сфокусированными пучками света, слегка различающимися по частоте и поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Отразившись, эти пучки интерферируют так, что результирующая фаза модулируется в соответствии с разницей высот между освещенными точками поверхности. Если один из пучков сфокусирован на фиксированной точке, а другой движется по поверхности, то можно измерить высоты точек по линии сканирования второго пучка, т. е получить профиль поверхности. Деление светового потока на два пучка осуществляется призмой Волластона. В плоскости образца разделение пучков составляет 100 мкм. Исследуемый образец помещается на вращающийся столик и один из пучков совмещается с осью вращения столика, а второй сканируется по образцу при вращении. Небольшой сдвиг в частоте пучков происходит за счет расщепления основной моды Не—Не-лазера (расщепления Зеемана), трубка которого помещена в аксимальном магнитном поле. Описанный прибор позволяет получить чувствительность к высоте шероховатости до 0,1 нм, совмещая в себе преимущества интерферометра с пре-  [c.233]

В последнее время в США достаточно широкое распространение получили так называемые радужные голограммы, которые хотя и записываются по двумерной схеме, однако допускают рекойструкции источником со сплошным спектром (42). Принцип действия такой голограммы поясняется рис. 46. Перепечатывая изображение с одной голограммы на другую через узкую горизонтальную щель, можно получить такую голограмму Н, которая при реконструкции излучением какой-то одной длииы волны, например, красным излучением гелий-неонового лазера, из всех лучей, формирующих изображение объекта О, восстановит только те, кторые проходят через узкую горизонтальную полоску ti. Если такую голограмму восстановить излучением со сплошным спектром, то красная составляющая этого излучения восстановит лучи, образующие изображение объекта О и проходящие через го-116  [c.116]

Принцип действия пассивных модуляторов добротности основан на свойстве фототропных сред изменять коэффициент поглощения под действием интенсивного светового потока. Просветляющиеся фильтры содержат молекулы (атомы), резонансно поглощающие излучение на частоте рабочего перехода данного лазера.  [c.119]

В настоящее время мы еще не располагаем импульсными лазерами и фотоматериалами с параметрами, достаточными для высококачественной голографической киносъемки. Зато благодаря значительному прогрессу в области особомелкозернистых фотоматериалов для изобразительной голографии на их основе удалось создать высококачественные двухслойные цветные кинопленки для съемки с лазерами непрерывного действия. Таким образом, работы в НИКФИ строились по двум направлениям 1) создание импульсной лазерной техники и импульсных фотоматериалов и эксперименты по павильонным съемкам игрового голографического экспериментального фильма 2) создание двухслойных цветных пленок и проверка принципов цветного голографического кинематографа путем экспериментальной съемки мультипликационного фильма с лазерами непрерывного действия.[c.153]

Лазерный локатор с длиной волны излучения 1,06 мкм (76]. В Нидерландах был создан экспериментальный сканирующий лазерный локатор на основе лазера на алюмояттриевом гранате. Его схема показана на рис. 7.6. Принцип действия локатора заключается в том, что сколлимированный лазерный луч синхронно с разверткой видеоконтрольного устройства построчно сканирует поле зрения, а отраженное от объектов излучения регистрируется фотодетектором, выходной сигнал которого модулирует яркость луча видеоконтрольного устройства, В результате на экране формируется изображение объекта.  [c.253]

В П. 5.1.5 был дан анализ принципов работы лазерных источников света и приведены некоторые конкретные данные о газовом гелий-неоиовом лазере непрерывного действия и твердотельном импульсном рубиновом лазере. В данном параграфе приводятся дополнительные сведения о лазерах, важные с точки зрения их применения в голографии.  [c.137]

Принцип действия квантовых генераторов электромагнитных волн (лазеров в оптическом диапазоне и генераторов СВЧ-диапа-зона) близок к явлению люминесценции. Однако излучение квантового генератора образуется в результате согласованного вынужденного излучения электромагнитных волн во всем объеме активного вещества и поэтому в отличие от люминесценции обладает огромной когерентностью. В создаваемых при этом чрезвычайно высоких плотностях светового потока напряженность электрического поля выше 10 В/см. Такие поля соизмеримы с величийой полей в молекулах и атомах, в результате чего в прозрачных веществах — диэлектрических средах — при взаимодействии с ними наблюдается оптическая нелинейность — зависимость коэффициента преломления от напряженности электрического поля. Более детально характеристики диэлектрических конденсированных лазерных сред рассматриваются в гл. 7 и 8.  [c.32]
К принципиально новому типу источников когерентного света относятся оптические квантовые генераторы (ОКГ), или лазеры, основанные на явлении индуцированного излучения. Принцип действия лазера заключается в том, что состояние равновесия (при котором, как правило, число атомов на основном уровне всегда несколько больше, чем на более высоком энергетическом уровне) нарушается таким образом, чтобы на уровне с большей энергией находилось больше атомов по сравнению с более низким энергетическим уровнем. Такое состояние называется состоянием с отрицательной температурой, так как оно описывается законом Больцмана, а температура имеет отрицательный Зцак при этом наблюдается потеря энергии атомами и увеличение мощности электромагнитной волны.  [c.79]

Создание безлинзового голографического микроскопа позволит биологам и медикам наблюдать трехмерные изображения живых тканей и микроорганизмов. При использовании рентгеновского излучения возникает возможность больших увеличений (до 10 ) с сохранением разрешающей способности. Принцип действия микроскопов, хорошо описанный в книге Строука, основам на масштабных переходах и геометрическом увеличении в расходящихся пучках. Трудности осуществления микроскопии высокого разрешения связаны с отсутствием рентгеновских лазеров. Для микроскопии живой клетки нужно улучшить когерентность и мощность существующих ультрафиолетовых лазеров.  [c.306]

Принцип действия такого лазера [18] основан на преобразовании энергии спектрального пучка релятивистских электронов в магнитном поле в излучение в оптическом диапазоне волн. Из рис. 17 видно, что ускорителем электронов является устройство, выполненное в виде тороида, вокруг которого располагаются магнитные катушки. Магнитное поле, создаваемое этими катушками, управляется по определенному закону, обеспечивающему ускорение электронов от одного оборота к другому. Это позволяет получить очень высокие скорости электронов. Вы брасываемые из тороида электроны попадают в устройство, называемое линейным ускорителем. Оно обра-  [c.43]


Принцип работы лазерных дальномеров

Измерение дальности охотничьим лазерным дальномером.

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

L = ct/2,

– где L – расстояние до обьекта,
– с – скорость распространения излучения,
– t – время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный.

Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10…150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта.

Наиболее популярные модели лазерных дальномеров для охоты среди наших покупателей:

Использование лазерных дальномеров в военных целях.

Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые опыты относятся к 1961г., а сейчас лазерные дальномеры используются в наземной военной техники (артиллерийские, танковые), и в авиации (дальномеры, высотомеры, целеуказатели), и на флоте. Эта техника прошла боевые испытания во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. В настоящее время ряд дальномеров принят в армиях ряда стран.

Первый лазерный дальномер XM-23 прошел испытание во Вьетнаме и был принят на вооружение в армии США. Он был рассчитан на использование передовых наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем являлся лазер с выходной мощностью 2.5Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко использовались интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Питание дальномера осуществлялось от батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24В, обеспечивающий 100 измерений дальности без подзарядки.

Один из первых серийных моделей – шведский дальномер, предназначенный для использования в системах управления бортовой корабельной и береговой артиллерии. Конструкция дальномера отличалось особой прочностью, что позволяло применять его в сложных условиях. Дальномер можно было сопрягать при необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режимом работы дальномера предусматривалось либо измерения через каждые 2с в течение 20с, либо через каждые 4 с в течение длительного времени.

С начала 70-х годов на зарубежных танках устанавливаются лазерные дальномеры. Установка лазерных дальномеров на танки сразу заинтересовала зарубежных разработчиков вооружения. Это объясняется тем, что на танке можно ввести дальномер в систему управления огнем танка, чем повысить его боевые качества. По сравнению с оптическими они имеют ряд преимуществ: высокое быстродействие, автоматизированный процесс ввода измеренной дальности в прицельные устройства, высокую точность измерения, малые размеры, вес и т. д. Для этого в США был разработан дальномер AN/VVS-1 для танка М60А. Он не отличался по схеме от лазерного артиллерийского дальномера на рубине, однако помимо выдачи данных о дальности на цифровое табло имел устройство, обеспечивающее ввод дальности в счетно-решающее устройство системы управления огнем танка. При этом измерение дальности могло производиться как наводчиком пушки так и командиром танка. Режим работы дальномера – 15 измерений в минуту в течение одного часа.

Лазерные дальномеры, установленные на современных танках, позволяют измерять дальность до цели в пределах от 200 м до 8 000 м (на американских и французских танках) и от 200 до 10 000 м (на английских и западногерманских танках) с точностью до 10 м. Большинство активных элементов лазерных дальномеров, устанавливаемых в настоящее время на танках и БМП западного производства, созданы на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент – кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+). Эти лазеры генерируют излучение на длине волны 1,06 мкм. Имеются также лазерные дальномеры в которых активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основой является кристалл окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3*. Лазеры на рубине генерируют излучение на длине волны 0,69 мкм.

В последнее время на зарубежных боевых машинах начали применяться лазерные дальномеры на углекислом газе. В СО2-лазере в газоразрядной трубке находится смесь, состоящая из углекислого газа (СО2), молекулярного азота (N,) и различных небольших добавок в виде гелия, паров воды и т. д. Активные центры – молекулы СО2. Преимущество лазера на двуокиси углерода заключается в том, что его излучение (длина волны 10,6 мкм) относительно безопасно для зрения и обеспечивает лучшее проникновение через дым и туман. Кроме того, лазер постоянного излучения, работающий на этой длине волны, может использоваться для подсветки цели при работе с тепловизионным прицелом.

Бурное развитие микроэлектроники обеспечило уменьшение массо-габаритных показатели лазерных дальномеров, что позволило создать портативные дальномеры. Весьма удачным оказался норвежский лазерный дальномер LP-4. Он имел в качестве модулятора добротности оптико- механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно визиром оператора. Диаметр оптической системы составляет 70 мм. Приемником служит портативный фотодиод. Счетчик снабжен схемой стробирования по дальности, действующий по установке оператора от 200 до 3000 м. В схеме оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения глаза от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса. Излучатель и приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели определяется до ~25 градусов. Аккумулятор обеспечивал 150 измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1кг. Дальномер был закуплен Канадой, Швецией, Данией, Италией, Австралией.

Портативные лазерные дальномеры были разработаны для пехотных подразделений и передовых артиллерийских наблюдателей. Один из таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в качестве источника излучения используется алюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1.5 МВт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов исключаются с помощью схемы стробирования по дальности. Источник питания – малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2кг.

Следующий этап военного применения лазерных дальномеров – их интеграция с индивидуальным стрелковым оружием пехотинца.

Примеров может служить штурмовая винтовка F2000 (Бельгия). Вместо прицела на F2000 может устанавливаться специальный модуль управления огнем, включающий в себя лазерный дальномер и баллистический вычислитель. Основываясь на данных о дальности до цели, вычислитель выставляет прицельную марку прицела как для стрельбы из самого автомата, так и из подствольного гранатомета (если он установлен). 

Американская система OICW (Objective Individual Combat Weapon – объективное индивидуальное боевое оружие) является попыткой резко повысить эффективность вооружения пехотинца. В настоящее время разработка находится на стадии создания прототипов. Начало производства планируется на 2008 год, поступление на вооружение – на 2009 год. По текущим планам, на каждое отделение пехоты будет приходится по 4 OICW. OICW представляет собой модульную конструкцию, состоящую из трех основных модулей: модуля “KE” (Kinetic Energy), представляющего собой слегка модернизированную винтовку Хеклер-Кох G36; Модуля “HE” (High Explosive), представляющего из себя самозарядный 20мм гранатомет с магазинным питанием, устанавливаемый сверху на модуль “КЕ” и использующий для стрельбы общий с модулем “КЕ” спусковой крючок; и, наконец, модуль управления огнем, включающий в себя дневной/ночной телевизионный прицелы, лазерный дальномер и баллистический вычислитель, который автоматически выставляет в объективе прицельную марку в соответствии с дальностью до цели, а также используется для программирования дистанционных взрывателей 20мм гранат. Перед выстрелом по данным с лазерного дальномера взрыватель гранаты программируется на подрыв в воздухе на заданной дальности, чем обеспечивается поражение укрытых целей осколками сверху или сбоку. Определение дальности для дистанционного подрыва осуществляется путем подсчета оборотов, совершенных гранатой в полете.

             На OPTICTOWN.RU Вы можете купить дальномер для охоты с бесплатной доставкой по России, позвонив по тел. +7 (905) 288-51-68.

Принцип действия – Лазер – история создания

 

Небольшой FAQ для новичков, здесь можно найти информацию по использованию лазерных диодов.

В класс полупроводниковых лазеров входят:

1.Собственно лазерные диоды, а также линейки, созданные на их базе, есть модификации с фотодиодами обратной связи;

2.Излучатели лазерных лучшей, работающие в импульсивном режиме. Это, по сути, импульсный трансформатор тока, во вторичной оболочке которого использован диод;

3.Самостоятельные лазеры, которые, по сути, являются интегральными драйверами, где лазерный диод используется в качестве основной нагрузки. С использованием импульсивного режима превращается в генератор импульсов тока, а с использованием непрерывного режима – в генератор постоянного тока.

Сам по себе лазерный диод обладает вольтамперной характеристикой диода, но сконструирован он не на традиционном p-n переходе, как старые лазеры, в на специальных гетеропереходах.

Функции гетеропереходов:

1.Становится эмиттером для носителей заряда и одновременно локализатором носителей в активной области;

2.Может быть использовать в качестве оптического волновода для излучения.

Как работает прибор

Вышеупомянутый ток накачки создаёт инверсную концентрацию носителей заряда. Это происходит в энергетических зонах полупроводникововой (от этого и название современных лазеров) материи активной области. Электроны концентрируются в зоне проводимости, а «дырки» – в валентной зоне.

Процесс рекомбинации элементов может начаться даже с одной пары. Однако фотон, получившийся в результате, не один раз проходит через оптический резонатор, который образовывается благодаря зеркалам, находящимся в активной области. Проходя через резонатор, фотон буквально выкидывает электроны в валентную зону, в результате чего происходит новая рекомбинация, подобная лавине. Получается, все пары создают фотоны одновременно. Новые фотоны так же проходят через оптических резонатор, создавая обратную связь, благодаря которой происходит генерация. Судя по этому, лазеры было бы лучше назвать оптическими генераторами, поскольку они генерируют, а не усиливают свечение.

Зеркала оптических резонаторов создаются в результате скалывания по плоскостям, где оно проходит естественным путём. Эти плоскости имеются в каждом монокристалле. Для того, чтобы зеркала в результате расположились перпендикулярно слоям лазера, изначально монокристалл ориентируют, используя рентгеновские лучи.

Обычно излучение, создаваемое задними зеркалами, используется крайне редко, разве что для использования фотодиода обратной связи. Чаще всего на заднее зеркало просто напыляю отражающее покрытие.

Излучение передних зеркал используется всегда, а для облегчения его выхода на зеркала напыляются специальные плёночки.

Помните, это только FAQ для новичков, найти подробную информацию об использовании лазерных диодов вы можете в других статьях сайта.

Лазерные технологии – принцип работы – основные виды лазеров

Информация о материале

Создано: 29 ноября 2012

Лазером является свет, который принудительно превращается в направленный поток излучения. Лазер уже давно перестал быть фантастикой; он может иметь любой цвет, и главное – направленность. Сегодня лазер настолько же естественное явление, как мобильная связь и высокоскоростной интернет. В этой статье описаны виды лазеров и принципы их работы, которые применяются для резки и гравировки любого материала.

 

Лазер по своему принципу и технологии работы весьма близок к ранее созданному «мазеру», отсюда и следует его альтернативное наименование – оптический мазер. Для этих обоих устройств свойственно излучение излишней энергии атомов, которые под влиянием внешнего воздействия находятся в возбужденном состоянии. Итак, как это работает!?

Что такое свет? Свет – это особая форма материи, которая состоит из «сгустков» именующихся квантами. Совершено любое вещество, несомненно, состоит из атомов поглощающих кванты. Длина волны (соответственно и цвет) излучения обусловливается энергией его кванта. Но при отсутствии добавочных условий атомы вещества абсолютно не взаимодействуют с долями квантов, потому как атомы являются по своей природе одинаковыми, поэтому поглощают или излучают кванты исключительно конкретной длины волны. Примером этого взаимодействия может послужить газоразрядная лампа, однородно заполненная неоном.

Само наличие света является вынужденным для атома участием в энергетических переходах. Поэтому отсюда соответственно и название данных процессов – вынужденное излучение и вынужденное поглощение. Во время вынужденного поглощения численность квантов снижается, следовательно, и интенсивность света также снижается. Попав в освещение некоторое количество атомов, начинает излучать большое количество энергии, чем вызывает вынужденное поглощение. Таким образом, возникает лазерный эффект (так сказать – усиление света под воздействием вынужденного излучения множества атомов).

В связи с этим лазерная генерация возникает только в том множестве микрочастиц, где непосредственно количество возбужденных атомов выше от находящегося атома в основном состоянии. Следовательно, отсюда вывод: что данное множество необходимо предварительно подготовить, накачав в него энергию из внешнего источника. Эта операция имеет одноименное название – накачка.

Основное отличие всех видов/типов лазера именно – способ накачки. Накачкой могут быть: электрический ток; электрический разряд; электромагнитное излучение; пучок чрезвычайно быстрых (релятивистских) электронов; химическая реакция в подходящей для генерации среде. Итак, основные виды лазеров.

Лазеры газовые (лазер СО2)

Неопровержимым достоинством газов как элемент активной среды лазера, безусловно, является – повышенная оптическая однородность. Потому для технических и научных применений, где обязательно необходимы монохроматичность излучения и максимально высокая направленность именно газовые лазеры представляют наибольший интерес. После первого изобретенного газового лазера, для которого основой служила смесь неона и гелия (1960), было изобретено огромное количество самых разнообразных газовых лазеров.

Поэтому в них применялись самые разные технологии и начинки, например: квантовые переходы нейтральных ионов, молекул, атомов имеющих в широком диапазоне частоты от далекой инфракрасной и до ультрафиолетовой частей спектра. Среди всех известных лазеров непрерывного действия ближней и видимой областей спектра, самое большое распространение получил неоново-гелиевый лазер. Данный лазер представляет собой заполненную смесью из He и Ne газоразрядную трубку, которая заключена в оптический резонатор.

В излучении газового лазера весьма отчетливо проявляются присущие лазерному излучению свойства – высокая монохроматичность и направленность. Существенным достоинством и, конечно же, преимуществом является их способность функционировать в непрерывном режиме. Использование новых современных методов возбуждения соответственно и переход к максимально высоким давлениям газа способны достаточно резко в разы умножить мощность газового лазера. При помощи газового лазера допустимо дальнейшее освоение диапазонов рентгеновского и ультрафиолетового излучений, а также далекого инфракрасного диапазона.

Полупроводниковые лазеры

По ряду своих технических характеристик полупроводниковые лазеры среди лазеров, функционирующих в инфракрасном и видимом диапазонах, занимают особое место. У полупроводниковых инжекционных лазеров очень высокий коэффициент полезного действия (КПД), поэтому преобразование электрической энергии в когерентное излучение практически 100%-ное. Эти лазеры очень эффективны и способны функционировать в непрерывном режиме. Другими отличительными особенностями полупроводниковых лазеров являются: малая степень инерционности обуславливает достаточно широкий пояс частот прямой модуляции более чем в 109 ГГц: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (30%-50%): возможность переустройства длины волны излучения и присутствие значительного количества полупроводников непрерывно перекрывающих интервал длины волн от 0,32 и до 32 мкм: ну и конечно же, простота всей конструкции.

Полупроводниковые лазеры очень эффективны, когда требования к направленности и когерентности невелики, однако нужны высокий КПД и малые габариты. Полупроводниковые лазеры превосходят все виды/типы лазеров величиной КПД (коэффициент полезного действия) и плотностью энергии излучения.

Жидкостный лазер

Жидкостный лазер – это лазер, для которого активным веществом является жидкость. Основное преимущество таких лазеров: возможность осуществления циркуляции жидкости с целью ее охлаждения. Данный процесс позволяет получать большие мощности излучения и энергии в непрерывном и импульсивном режимах.

В первых изобретенных жидкостных лазерах, как правило, использовались растворы редкоземельных хелатов. Но они пока что не нашли применения недостаточной химической выносливости хелатов и малого количества достижимой энергии. Жидкостные лазеры, которые работают на не органических активных растворах при существенно, средней мощности, обладают весьма большими импульсивными энергиями. При этом данные лазеры генерируют излучения с достаточно узким спектром частот.

Жидкостные лазеры, работающие на растворах из органических растворов, также обладают некоторыми особенностями. Таким жидкостным лазерам позволяют работать, причем с непрерывной перестройкой длины волн излучения в достаточно широком диапазоне – широкие спектральные линии люминесценции. Путем замены красителей, возможно, осуществить перекрытия всего видимого, а также части инфракрасного спектрального участка. Источником накачки для жидкостных лазеров на красителях в большинстве своем используются твердотельные лазеры. Однако для некоторых красителей при необходимости можно использовать накачку от импульсивных специальных газосветных ламп, которые дают более короткие насыщенные вспышки белого света, нежели обычные импульсивные лампы.

Твердотельные лазеры

Сегодня существует масса твердотельных лазеров, которые обладают как непрерывным излучением, так и импульсным. Среди твердотельных импульсных лазеров наиболее распространенным является – лазер на неодимовом стекле и на рубине. Неодимовый лазер функционирует на длине волны ℓ = 1.06 мкм. Также изготавливают сравнительно большие и довольно-таки оптически однородные стержни диаметром 4-5 см и длиной до 100 см. Всего лишь за 10-3 секунды один такой стержень способен выдать импульс генерации с энергией в 1000 Дж.

Твердотельные лазеры на рубине по сравнению с неодимовыми лазерами являются наиболее мощными и импульсными. Абсолютная энергия импульса генерации при длительности импульса в 10-3 секунды достигает сотен Дж. Также возможно успешно выполнить режим генерации импульсов с достаточно большой частотой повторения вплоть до нескольких КГц.

Современное производство сегодня вполне успешно применяет в производстве различных товаров и исследований все вышеизложенные лазерные технологии. В настоящее время трудно представить себе какой-либо огромный завод или крупную частную фабрику без использования лазерных технологий и благодаря этому качество и количество хорошей продукции постоянно увеличивается.

 

 

 

Импульсные лазеры, описание RP Photonics Encyclopedia; импульсные лазеры

Руководство покупателя RP Photonics содержит информацию о 129 поставщиках импульсных лазеров. Среди них:

Frankfurt Laser Company

Frankfurt Laser Company предлагает импульсные лазерные диоды с длиной волны излучения от 850 нм до 1550 нм.

TOPTICA Photonics

FemtoFiber лазеры TOPTICA обеспечивают надежные фемто-/пикосекундные импульсы на основе волокон с сохранением поляризации и синхронизации мод SAM.Различные модели (1560/780 нм, настраиваемый выход VIS/NIR, суперконтинуум IR/NIR, короткие импульсы) охватывают широкий спектр приложений, например. терагерц во временной области, микроскопия, аттонаука и в качестве затравочных лазеров.

iXblue

iXblue ModBox-OFE — это комплексная передняя лазерная система, предназначенная для использования в качестве исходного источника в лазерных установках с высокой плотностью энергии. Система доступна на 1030 нм, 1053 нм и 1064 нм, она позволяет генерировать оптические импульсы нестандартной формы с высокой стабильностью и высоким коэффициентом ослабления и длительностью от 125 пс до 100 нс. Генерация коротких импульсов основана на сочетании высокопроизводительного непрерывного лазерного источника и модуляции с широкой полосой пропускания.

ModBox-OPG — это семейство блоков генерации оптических импульсов, которые генерируют импульсы длительностью от 30 пс до сотен наносекунд и с очень высоким коэффициентом затухания. Доступные оптические формы: гауссовская и прямоугольная. ModBox работает на любой длине волны и для повторения последовательности оптических импульсов, которая запускается извне, с частотой повторения до гигагерца.

Оптическое расширение спектра ModBox-OSB обеспечивает расширение оптического сигнала путем модуляции его фазы с помощью очень эффективного фазового модулятора LiNbO 3 . Ряд боковых полос создается по ширине спектра, которая может достигать нескольких сотен ГГц. ModBox-OSB содержит однотональный ВЧ-генератор, источники белого шума или источники PRBS. ModBox-OSB интегрирует лазерную цепочку, такую ​​как лазеры высокой энергии (HEL) или лазерные архитектуры спектрального комбинирования лучей (SBC).

AMPHOS

AMPHOS предлагает сверхбыстрые лазеры с длительностью импульса от фемтосекундной до наносекундной. Из-за высокой частоты повторения их также можно использовать как непрерывные лазеры. У нас есть множество версий, вплоть до серии Amphos5000 со средней выходной мощностью 800 Вт или даже 1000 Вт и энергией импульса до 50 мДж. Общими характеристиками являются высокое качество луча, узкая спектральная полоса пропускания, возможности пакетного режима и гибкость в отношении длительности импульса. Типичными приложениями являются накачка OPCPA, физика аттосекунд, генерация высших гармоник и лазерная обработка материалов.

Существуют также версии с преобразованием частоты, излучающие на длине волны 515 нм или 343 нм.

FYLA LASER

В FYLA мы разрабатываем импульсные волоконные лазеры с длительностью импульса в диапазоне пикосекунд и фемтосекунд. Наши лазеры используются во многих областях, от микроскопии (двухфотонная микроскопия, ГВГ, флуоресценция одиночных молекул, ОКТ) до определения характеристик полупроводников, обеспечивая более высокий уровень надежности, более длительный срок службы и экономичное решение. .

Активные оптоволоконные системы

Сверхбыстрые лазерные системы AFS со средней мощностью в кВт и импульсной энергией в несколько мДж основаны на передовой волоконной технологии AFS.Они объединяют несколько каналов основного усилителя, используя когерентную комбинацию, технологию, которую AFS довела до промышленного уровня. Все основные параметры контролируются программным обеспечением и могут быть настроены в широком диапазоне, что делает их чрезвычайно ценным инструментом для многочисленных приложений.

Laser Quantum

Laser Quantum предлагает широкий выбор сверхбыстрых лазеров с короткими импульсами и высокой частотой повторения, каждый из которых предлагает уникальные возможности и преимущества для удовлетворения потребностей различных приложений.

Leukos

LEUKOS предлагает лазер с пассивной модуляцией добротности HLX-I, компактный микрочиповый лазер, генерирующий субнаносекундные импульсы с длиной волны 1064 нм. Доступны различные версии со средней выходной мощностью до 500 МВт и энергией в импульсе 50 мкДж. Он подходит для микрообработки, затравочного лазера, лидара, трехмерного сканирования и визуализации, биофотоники, генерации суперконтинуума и других областей.

См. наш техпаспорт.

Stuttgart Instruments

Stuttgart Instruments Primus — это сверхбыстрый твердотельный лазер с центральной длиной волны 1040 нм.Он обеспечивает выходную мощность в несколько ватт при частоте повторения импульсов 40 МГц и длительности импульса 450 фс. Его выдающийся низкий уровень шума (который даже достигает предела дробового шума выше 300 кГц) и его превосходная долговременная стабильность позволяют использовать сверхчувствительные приложения. Вся система заключена в прочный корпус с ЧПУ и водяным охлаждением, что обеспечивает превосходную устойчивость к внешним возмущениям.

Primus идеально подходит для накачки Stuttgart Instruments Alpha, модульной лазерной системы с перестройкой длины волны, охватывающей спектральный диапазон от 700 нм до 20 мкм в максимальной конфигурации. Достигается ограниченная производительность по дробовому шуму при мощности от милливатта до ватта, что делает эту систему идеальной для ИК-спектроскопии, анализа материалов, мониторинга процессов или квантовых технологий.

MPB Communications

Линейка импульсных волоконных лазеров MPBC предназначена для решения ряда рыночных задач, включая медицинские и биомедицинские исследования, контроль полупроводников, микрообработку, метрологию и многофотонную спектроскопию.

Продукция включает в себя:

Lumibird

Lumibird производит широкий спектр наносекундных импульсных лазеров благодаря своему опыту в трех ключевых технологиях: твердотельных лазерах, волоконных лазерах и волоконных усилителях, а также лазерных диодах.Различные области применения адресованы в промышленности (производство, лидарные датчики), науке (лаборатории и университеты), медицине (офтальмология) и обороне.

Alpes Lasers

Alpes Lasers предлагает импульсные ККЛ с длиной волны от 4 до 14 мкм и средней мощностью до сотен милливатт. Уникальная природа QCL делает их идеально подходящими для приложений с очень короткими импульсами.

RPMC Lasers

RPMC Lasers предлагает широкий спектр импульсных лазерных источников с длинами волн от УФ до MWIR.Эти предложения включают лазеры DPSS, лазеры с лампами-вспышками, волоконные лазеры и микролазеры/лазеры с микрочипами как с активными, так и с пассивными модуляторами добротности, со средней выходной мощностью до 100 Вт, энергией импульса до 200 мДж, шириной импульса всего 100 фс. и до 125 нс, а также множество вариантов частоты повторения до 80 МГц.

CNI Laser

CNI предлагает наносекундные лазеры с модуляцией добротности и диапазоном длин волн от 223 нм до 4800 нм. У нас есть версии с энергией импульса от 1 мкДж до 10 Дж, частотой повторения от 1 Гц до 200 кГц и шириной импульса от 0.от 8 нс до 200 нс. Лазеры могут активно или пассивно охлаждаться воздухом или водой или кондуктивным охлаждением, а также имеются различные элементы управления и выходы.

AdValue Photonics

AdValue Photonics предлагает различные виды наносекундных лазеров с модуляцией добротности, все излучающие в спектральной области 2 мкм (1950 нм):

  • Лазерный модуль с модуляцией добротности AP-QS1-MOD генерирует импульсы с Длительность от нс до 200 нс, частота повторения до 30 кГц, средняя выходная мощность до 10 Вт и высокое качество луча.Модуль также имеет возможность модуляции выходного сигнала.
  • Лазер с модуляцией добротности AP-QS — это компактный затравочный лазер, излучающий импульсы мощностью 5 мкДж с частотой повторения до 30 кГц.
  • Лазер с модуляцией добротности AP-QS1 в корпусе стойки обеспечивает среднюю мощность до 5 Вт и энергию в импульсе 250 мкДж.

Кроме того, у AdValue Photonics есть пикосекундные и фемтосекундные волоконные лазеры.

Teem Photonics

Teem Photonics предлагает лазеры с пассивной модуляцией добротности и диодной накачкой с воздушным охлаждением – импульсные лазеры серий Microchip и Powerchip, а также лазеры серий Picospark, PicoOne и PicoMega, основанные на архитектуре MOFA, т. е.д., с помощью оптоволоконного усилителя. Все они могут генерировать интенсивные субнаносекундные импульсы. Доступные длины волн излучения: 1064 нм, 532 нм, 355 нм, 266 нм и 213 нм.

Мегаваттные лазеры

MegaWatt Lasers Inc. предлагает резонаторы CTH:YAG и Er:YAG. Это лампы-вспышки с накачкой и водяным охлаждением. Они оптимизированы по энергии и частоте повторений. Резонатор CTH:YAG способен генерировать импульсы мощностью 4 Дж с частотой повторения 10 Гц, в то время как резонатор Er:YAG достигает 3 Дж также с частотой 10 Гц. Оба позволяют регулировать ширину импульса.

Laser Peak

Laser Peak предлагает широкий выбор импульсных лазеров в фемтосекундном, пикосекундном и наносекундном режимах. Генератор гармоник позволяет преобразовать частоту из ИК в видимую и УФ. Все наши импульсные лазеры прочны, надежны и экономичны.

EKSPLA

EKSPLA предлагает широкий спектр фемтосекундных, пикосекундных и наносекундных лазеров, а также системы с перестраиваемой длиной волны для исследовательских и промышленных применений.

NKT Photonics

NKT Photonics предлагает широкий спектр импульсных волоконных лазеров для промышленных и научных применений, охватывающих широкий спектральный диапазон от УФ до видимого и инфракрасного.Лазеры имеют воздушное охлаждение, не требуют технического обслуживания и упакованы в герметичный прочный корпус, позволяющий работать в самых суровых условиях окружающей среды. Наш более чем десятилетний опыт и глубокие знания в области лазерной науки позволяют нам предлагать лазеры, обладающие надежностью и надежностью промышленного уровня. Мы предлагаем сверхбыстрые волоконные лазеры для промышленных и научных приложений, а также широкий спектр пикосекундных импульсных диодных лазеров. Наши импульсные диодные лазеры с переключением усиления предлагают запускаемые импульсы длительностью до 20 пс при небольшой занимаемой площади как для научных, так и для OEM-приложений.

Безопасные для глаз лазеры, пояснения в энциклопедии RP Photonics; сетчатка, травмы роговицы, эрбий, тулий

Энциклопедия > буква Е > безопасные для глаз лазеры

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

.

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Обратитесь в RP Photonics за советом относительно того, какие типы безопасных для глаз лазеров могут подойти для вашего применения.

Определение: лазеры, излучающие в диапазоне длин волн с относительно низкой опасностью для человеческого глаза

Более общие термины: лазеры

Немецкий: augensichere Laser

Категория: лазерные приборы и лазерная физика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: д-р Рюдигер Пашотта

URL-адрес: https://www.rp-photonics.com/eye_safe_lasers.html

Лазеры с длиной волны излучения более ≈ 1,4 мкм часто называют «безопасными для глаз», поскольку свет в этом диапазоне длин волн сильно поглощается роговицей и хрусталиком глаза и, следовательно, не может достичь значительно более чувствительной сетчатки. Это делает, например. эрбиевые лазеры и волоконные усилители с эрбиевым волокном, используемые в телекоммуникационных системах с длиной волны 1,5 мкм, или 2-мкм тулиевые лазеры, гораздо менее опасные, чем, например. 1-мкм лазеры с аналогичной выходной мощностью. Еще одним классом безопасных для глаз лазерных источников являются параметрические генераторы света.

С другой стороны, длина поглощения роговицы достигает очень малых значений (значительно ниже 0,1 мм) на более длинных волнах, особенно около 3 мкм и около 10 мкм (около длины волны CO 2 лазеров). Это означает, что световые импульсы на таких длинах волн поглощаются очень тонким слоем, так что роговицу легко повредить. Следовательно, лазеры, излучающие около 3 мкм или 10 мкм, менее безопасны для глаз, чем, например, лазеры. лазеры, излучающие около 1,5 мкм, даже несмотря на то, что они «безопасны для сетчатки глаза». В то время как внешняя поверхность роговицы (эпителий) может зажить по крайней мере в течение нескольких дней после повреждения, это не относится к внутренней части (эндотелию). Кроме того, травмы роговицы могут быть очень болезненными.

Очевидно, что качество «безопасность для глаз» зависит не только от длины волны излучения, но также от уровня оптической мощности (или энергии) и оптической силы, которая может достичь глаза. При достаточно высокой мощности, например, при использовании волоконного усилителя или лазера с модуляцией добротности, глаз все равно может быть поврежден. Однако уже может быть очень полезно, если хотя бы слабые паразитные отражения какого-нибудь основного луча не опасны для глаз.

Обратите внимание, что одной только мощности лазера (или интенсивности на выходе лазера) недостаточно для оценки возможной интенсивности в глазу; это также зависит от других факторов, таких как расходимость и качество луча.Следовательно, нельзя просто указать предел мощности или интенсивности для безопасности глаз на данной длине волны.

Применение безопасных для глаз лазеров

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 27 поставщиков безопасных для глаз лазеров. Среди них:

Megawatt Lasers

MegaWatt Lasers ER902 — это стеклянный эрбиевый лазер с пассивной модуляцией добротности, работающий на длине волны 1,54 мкм. Эта безопасная для глаз длина волны идеально подходит для оборонных приложений, LIBS и LIDAR.Конструкция допускает частоту повторения 10 Гц с шириной импульса 4 нс и энергией импульса 200 мкДж. Все в упаковке диаметром 9 мм и длиной 20 мм.

RPMC Lasers

RPMC Lasers предлагает широкий выбор «безопасных для глаз» или «безопасных для сетчатки» лазеров с длиной волны выше ≈1,4 мкм в диапазонах длин волн SWIR, MWIR и LWIR. Эти «безопасные для глаз» предложения включают как непрерывные, так и импульсные диодные лазеры, суперлюминесцентные лазерные диоды (SLED), квантово-каскадные лазерные диоды (QCL), DPSS-лазеры и волоконные лазеры. Наши импульсные лазеры доступны как с активной, так и с пассивной модуляцией добротности, а наши лазеры с непрерывным излучением (CW) доступны как с одной, так и с несколькими продольными модами.

Advanced Photonic Sciences

APS предлагает миниатюрный твердотельный лазер MiniIR-XG-1550 непрерывного действия с выходной мощностью более 50 мВт TEM 00 или более 200 мВт в режиме низкого порядка на 1550 нм, что является относительным глазом -безопасный источник лазерного излучения для освещения и скрытой визуализации.

Lumibird

Lumibird производит широкий ассортимент безопасных для глаз лазеров с длиной волны 1,5 мкм с использованием различных технологий. Мы получаем эти длины волн с помощью ПГС DPPS, волоконных лазеров, легированных эрбием, и диодных лазеров.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете оставить вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним по электронной почте.г. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Смотрите также: лазерная безопасность, лазерные дальномеры, оптическая связь в свободном пространстве
и другие статьи в категории лазерные устройства и лазерная физика

Поделитесь этим с друзьями и коллегами, e.г. через социальные сети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на другие веб-сайты

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о безопасных для глаз лазерах

в
RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

   
alt ="статья">

Для Википедии, например. в разделе “==Внешние ссылки==”:

  * [https://www.rp-photonics.com/eye_safe_lasers.html 
статья о «безопасных для глаз лазерах» в энциклопедии RP Photonics]

Твердотельные лазеры, объяснение в энциклопедии RP Photonics; с диодной накачкой, с ламповой накачкой, DPSS-лазер, легированный изолятор, редкоземельный

Энциклопедия > буква S > твердотельные лазеры

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

.

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Моделирование твердотельных лазеров

Эффективная разработка лазера должна основываться на количественном понимании работы лазера, что часто требует численного моделирования. Преобразование энергии в усиливающей среде можно смоделировать с помощью программного обеспечения RP Fiber Power , а RP Resonator подходит для проектирования лазерных резонаторов.

Акроним: SSL

Определение: лазеры на основе твердотельных усиливающих сред (обычно кристаллов или стекол, легированных ионами)

Более общие термины: лазеры

Более конкретные термины: лазеры с легированными изоляторами, полностью твердотельные лазеры, объемные лазеры, волоконные лазеры, полупроводниковые лазеры

Немецкий: Festkörperlaser

Категория: лазерные приборы и лазерная физика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: д-р Рюдигер Пашотта

URL-адрес: https://www. rp-photonics.com/solid_state_lasers.html

Твердотельные лазеры — это лазеры на основе твердотельных усиливающих сред, таких как кристаллы или стекла, легированные ионами редкоземельных или переходных металлов. Полупроводниковые лазеры также являются твердотельными лазерами, но они не всегда подразумеваются под этим термином.

Твердотельные лазеры с ионным допированием (также иногда называемые лазерами с легированными изоляторами ) могут быть изготовлены в виде объемных лазеров, волоконных лазеров или других типов волноводных лазеров.

Твердотельные лазеры могут генерировать выходную мощность от нескольких милливатт до (в мощных версиях) многих киловатт.

Первым твердотельным лазером — и фактически первым из всех лазеров — был импульсный рубиновый лазер, продемонстрированный Мейманом в 1960 году [1]. Однако позже предпочтение отдавалось другим твердотельным усиливающим средам из-за их превосходных характеристик. Основной проблемой рубина является его ярко выраженная трехуровневая природа.

Оптическая накачка

Аккумулятор энергии

Генерация импульсов

Настройка длины волны

Типичные твердотельные лазеры

Примеры различных типов твердотельных лазеров:

  • Небольшие Nd:YAG-лазеры с диодной накачкой (→  YAG-лазеры ) или Nd:YVO 4 лазеры (→  ванадатные лазеры ) часто работают с выходной мощностью от нескольких милливатт (для миниатюрных установок) до нескольких ватт.Версии с модуляцией добротности генерируют импульсы длительностью в несколько наносекунд, импульсной энергией микроджоулей и пиковой мощностью в несколько киловатт. Внутрирезонаторное удвоение частоты может быть использовано для зеленого вывода.
  • Работа на одной частоте, обычно достигаемая с помощью однонаправленных кольцевых лазеров (например, NPROs = неплоские кольцевые генераторы) или лазеров с микрочипами, позволяет работать с очень малой шириной линии в диапазоне нижних килогерц.
  • Более крупные лазеры с боковой или торцевой накачкой (см. выше), имеющие геометрию стержневых лазеров, пластинчатых лазеров или лазеров на тонком диске, подходят для выходной мощности до нескольких киловатт.В частности, лазеры с тонкими дисками могут по-прежнему обеспечивать очень высокое качество луча, а также высокую энергоэффективность.
  • Лазеры Nd: YAG с модуляцией добротности до сих пор широко используются в версиях с ламповой накачкой. Импульсная накачка допускает высокую энергию импульса, тогда как средняя выходная мощность часто бывает умеренной (например, несколько ватт). Стоимость таких лазеров с ламповой накачкой ниже, чем у версий с диодной накачкой при аналогичной выходной мощности.
  • Волоконные лазеры представляют собой особый вид твердотельных лазеров с высоким потенциалом высокой средней выходной мощности, высокой энергоэффективностью, высоким качеством луча и возможностью перестройки длины волны в широком диапазоне.См. также статьи о волоконных лазерах и объемных лазерах, а также о мощных волоконных лазерах и усилителях.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 133 поставщика твердотельных лазеров. Среди них:

HÜBNER Photonics

HÜBNER Photonics предлагает твердотельные лазеры с диодной накачкой серий Cobolt 04-01, 05-01 и 08-01, а также Cobolt Skyra и C-WAVE. Все наши лазеры отличаются высокой производительностью, отличной стабильностью длины волны и точностью, а также стабильностью мощности и очень низким уровнем шума.

RPMC Lasers

RPMC Lasers предлагает один из самых широких наборов импульсных и непрерывных твердотельных лазеров с диодной накачкой, от УФ до MWIR режимов. Наша продукция включает в себя непрерывные (CW) и импульсные лазеры DPSS, волоконные лазеры, сверхбыстрые лазеры, лазеры с микрочипами, перестраиваемые лазеры, лазеры, отвечающие требованиям MIL, и лазерные модули CW DPSS с широким диапазоном выходной мощности, длительности импульса и частоты повторения импульсов. Приложения включают обработку материалов, LIDAR, микрообработку и многие другие!

Lithium Lasers

Lithium Lasers предлагает сверхмалошумящие твердотельные лазеры Lithium Six с выходной мощностью до 10 Вт. Наши лазерные системы излучают фемтосекундные импульсы с центральной длиной волны в ближнем ИК-диапазоне, в зеленой зоне и с дополнительным модулем для широкополосной генерации. Эти продукты очень надежны и обеспечивают высокое качество импульсов и высокую пиковую мощность по доступной цене.

AMS Technologies

Наш ассортимент твердотельных лазеров с диодной накачкой (DPSS) с длиной волны от 213 до 1960 нм включает непрерывные и импульсные системы, модели с удвоением частоты (532 нм) или утроением частоты (355 нм) и Q – переключаемые DPSS-лазеры:

Stuttgart Instruments

Stuttgart Instruments Primus — это сверхбыстрый твердотельный лазер с центральной длиной волны 1040 нм.Он обеспечивает выходную мощность в несколько ватт при частоте повторения импульсов 40 МГц и длительности импульса 450 фс. Его выдающийся низкий уровень шума (который даже достигает предела дробового шума выше 300 кГц) и его превосходная долговременная стабильность позволяют использовать сверхчувствительные приложения. Вся система заключена в прочный корпус с ЧПУ и водяным охлаждением, что обеспечивает превосходную устойчивость к внешним возмущениям.

Primus идеально подходит для накачки Stuttgart Instruments Alpha, модульной лазерной системы с перестройкой длины волны, охватывающей спектральный диапазон от 700 нм до 20 мкм в максимальной конфигурации.Достигается ограниченная производительность по дробовому шуму при мощности от милливатта до ватта, что делает эту систему идеальной для ИК-спектроскопии, анализа материалов, мониторинга процессов или квантовых технологий.

Edmund Optics

Edmund Optics предлагает широкий спектр диодных лазерных источников, включая лазеры машинного зрения, лазеры для биологических наук, метрологические лазеры, промышленные и точечные лазеры, а также лазеры для обработки материалов.

Laser Quantum

Laser Quantum производит широкий спектр твердотельных лазеров с диодной накачкой с длиной волны и мощностью от 473 до 1064 нм, от 25 мВт до 16 Вт. Laser Quantum гарантирует исключительную надежность, компактный размер и длительный срок службы, подходящие для самых разных применений.

Teem Photonics

Все лазеры Teem Photonics представляют собой твердотельные лазеры с диодной накачкой и воздушным охлаждением, которые пассивно модулируют добротность для генерации субнаносекундных импульсов и в некоторых случаях сочетаются с волоконным усилителем. Благодаря нелинейным преобразователям частоты доступны длины волн излучения 1535 нм, 1064 нм, 532 нм, 355 нм, 266 нм и 213 нм.

Lumibird

Наносекундные лазеры Lumibird с модуляцией добротности Nd:YAG хорошо известны своей надежностью и универсальностью.От 5 мДж до 1,5 Дж на 1064 нм, от одиночного импульса до 400 Гц, они могут быть с диодной накачкой (компактность, простота использования) или ламповой накачкой (высокая энергия), доступны на 532 нм, 355 нм, 266 нм и 1,5 мкм. Модели двойного импульса также предлагаются для приложений в гидромеханике (PIV).

Kapteyn-Murnane Laboratories

Усилитель RAEA™ Ti:sapphire основан на 20-летней традиции лидерства KMLabs в области сверхбыстрых исследований, объединяя непревзойденную гибкость предыдущих систем усилителей в единую платформу громкой связи. Разработан для генерации высоких гармоник (HHG): теперь вы можете не беспокоиться о насосе. Помимо использования во множестве приложений, для которых лазеры на титан-сапфире стали повсеместными, RAEA специально разработан как беспрецедентный источник для получения коротковолнового света посредством генерации высоких гармоник. Отмеченная наградами система RAEA была разработана для наиболее сложных применений, а не для наиболее распространенных, и была специально разработана с учетом системы XUUS для генерации высоких гармоник.От лучшего качества и стабильности луча до дистанционной настройки и более низких требований к техническому обслуживанию, RAEA служит воспроизводимым и надежным источником для любых ваших потребностей в генерации высоких гармоник.

EKSPLA

EKSPLA предлагает широкий спектр фемтосекундных, пикосекундных и наносекундных лазеров, а также системы с перестраиваемой длиной волны для исследовательских и промышленных применений.

Frankfurt Laser Company

Frankfurt Laser Company предлагает широкий ассортимент твердотельных лазеров с диодной накачкой, включая самые маленькие лазерные головки DPSS, недорогие модули, маломощные и высокомощные лазерные системы, а также высококачественные одномодовые лазерные системы с разная мощность и длина волны.

Мегаваттные лазеры

MegaWatt Lasers Inc. предлагает резонаторы CTH:YAG и Er:YAG. Это лампы-вспышки с накачкой и водяным охлаждением. Они оптимизированы по энергии и частоте повторений. Резонатор CTH:YAG способен генерировать импульсы мощностью 4 Дж с частотой повторения 10 Гц, в то время как резонатор Er:YAG достигает 3 Дж также с частотой 10 Гц. Оба позволяют регулировать ширину импульса.

CNI Laser

CNI предлагает широкий ассортимент полностью твердотельных лазеров не только с точки зрения длин волн, но и с точки зрения характеристик, включая одночастотные лазеры, лазеры с узкой шириной линии, малошумящие лазеры, лазеры высокой мощности и высокой энергии, пикосекундные лазеры с синхронизацией мод и лазеры с модуляцией добротности.

NKT Photonics

NKT Photonics предлагает широкий ассортимент твердотельных сверхбыстрых волоконных лазеров с диодной накачкой. Все лазеры не требуют технического обслуживания и упакованы в пыленепроницаемый корпус, позволяющий работать в самых суровых условиях. Сочетание передовой технологии волоконного лазера и нелинейного преобразования частоты обеспечивает широкий диапазон длин волн, от УФ до инфракрасного, и длительность импульса от фемтосекунд до наносекунд.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете оставить вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы. ) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1] TH Maiman, «Вынужденное оптическое излучение в рубине», Nature 187, 493 (1960) (первая экспериментальная демонстрация лазера), doi:10.1038/187493a0
[2] 9187 RL 90 Байер, «Твердотельные лазеры с диодной лазерной накачкой», Science 239, 742 (1988), doi:10.1126/science.239.4841.742
[3] Г. Хубер, К. Кренкель и К. Петерманн, «Твердотельные лазеры: состояние и будущее», J. Opt. соц. Являюсь. B 27 (11), B93 (2010), doi: 10.1364/JOSAB.27.000B93
[4] DC Hanna и WA Clarkson, «Обзор лазеров с диодной накачкой», в Advances in Lasers and Applications (ред. DM Finlayson и B. Sinclair), стр. 1–18, Taylor & Francis, New York (1999)
[5] W.Koechner, Solid-State Laser Engineering , 6-е изд., Springer, Berlin (2006)
[6] A. Sennaroglu (ed.), Solid-State Lasers and Applications , CRC Press, Boca Raton, FL (2007)
[7] R. Paschotta, Полевое руководство по лазерам , SPIE Press, Bellingham, WA (2007)
[8] R. Operationation режимы твердотельных лазеров», глава Справочник по твердотельным лазерам: материалы, системы и приложения , редакторы: Б.Денкер и Э. Шкловский, Woodhead Publishing (2013), ISBN 0 85709 272 3

(Предложите дополнительную литературу!)

См. также: лазеры с диэлектрическими примесями, полностью твердотельные лазеры, лазеры, усиливающие среды для лазеров, лазерные кристаллы, композитные лазерные кристаллы, лазерные очки, усиливающие среды для лазеров, легированные редкоземельными элементами, усиливающие среды для лазеров, легированные переходными металлами, ИАГ лазеры, волоконные лазеры по сравнению с объемными лазерами, лазеры с диодной накачкой, лазеры с ламповой накачкой, торцевая накачка, боковая накачка, стержневые лазеры, пластинчатые лазеры, тонкодисковые лазеры, кольцевые лазеры, неплоские кольцевые генераторы, полупроводниковые лазеры, спецификации лазеров
и другие статьи в категории лазерные устройства и лазерная физика

Поделитесь этим с друзьями и коллегами, e. г. через социальные сети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на другие веб-сайты

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о твердотельных лазерах

в
RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

   
alt ="статья">

Для Википедии, например. в разделе “==Внешние ссылки==”:

  * [https://www. rp-photonics.com/solid_state_lasers.html 
статья «Твердотельные лазеры» в RP Photonics Encyclopedia]

Принцип работы лазера

Принципы работа лазера

В В лазерах фотоны взаимодействуют с атомами тремя способами:

  • Поглощение излучения
  • Спонтанный эмиссия
  • Стимулированный эмиссия

Поглощение излучения

Поглощение из излучение – это процесс, посредством которого электроны в земле состояние поглощает энергию от фотонов, чтобы перейти на более высокий энергетический уровень.

электроны вращающиеся очень близко к ядру, имеют более низкую энергию уровень или более низкое энергетическое состояние, в то время как электроны, вращающиеся вокруг дальше от ядра находятся на более высоком энергетическом уровне. Электроны на нижнем энергетическом уровне нуждаются в дополнительной энергии. перейти на более высокий энергетический уровень. Эта дополнительная энергия обеспечивается различными источниками энергии, такими как тепло, электричество поле или свет.

Пусть рассмотрим два энергетических уровня (E 1 и E 2 ) электронов. E 1 — основное состояние или ниже энергетическое состояние электронов, а E 2 — возбужденное состояние или более высокое энергетическое состояние электронов. Электроны в основное состояние называется электронами с меньшей энергией или основным электроны в состоянии, тогда как электроны в возбужденном состоянии называются электронами с более высокой энергией или возбужденными электронами.

В вообще говоря, электроны в более низком энергетическом состоянии не могут прыгать в более высокое энергетическое состояние. Они нуждаются в достаточном количестве энергии в порядок перехода в более высокое энергетическое состояние.

Когда фотонов или световой энергии, равной разности энергий два энергетических уровня (E 2 – E 1 ) падают на атом, электроны в основном состоянии набирают достаточную энергию и перескакивают из основного состояния (E 1 ) в возбужденное состояние (E 2 ).

поглощение излучения или света возникает только в том случае, если энергия падающего фотон точно соответствует разности энергий двух энергий уровней (E 2 – E 1 ).

Спонтанный эмиссия

Спонтанный эмиссия процесс, при котором электроны в возбужденном состоянии возвращаются в основное состояние, испуская фотоны.

электроны в возбужденном состоянии может находиться лишь непродолжительный период. То время, в течение которого возбужденный электрон может оставаться при более высокой энергии состояние (E 2 ) известно как время жизни возбужденного электроны. Время жизни электронов в возбужденном состоянии 10 -8 второй.

Таким образом, после короткого времени жизни возбужденных электронов они возвращаются в более низкое энергетическое состояние или основное состояние, высвобождая энергию в виде фотонов.

В спонтанный излучение, электроны движутся естественным или спонтанным образом из одно состояние (более высокое энергетическое состояние) в другое состояние (более низкое энергетическое состояние), поэтому испускание фотонов также происходит естественным образом. Следовательно, мы не можем контролировать, когда возбужденный электрон будет терять энергию в виде света.

фотоны, испускаемые в процессе спонтанного излучения, составляют обычный некогерентный свет.Некогерентный свет – это пучок фотоны с частыми и случайными изменениями фазы между их. Другими словами, фотоны, испускаемые в спонтанном процесс излучения не протекает точно в том же направлении, что и падающие фотоны.

Стимулированный эмиссия

Стимулированный эмиссия процесс взаимодействия падающего фотона с возбужденного электрона и заставляет его вернуться в основное состояние.

В стимулированный излучение, световая энергия поступает непосредственно к возбужденному электрон вместо подачи световой энергии в основное состояние электроны.

В отличие от спонтанное излучение, вынужденное излучение не является естественный процесс это искусственный процесс.

В спонтанный излучение, то электроны в возбужденном состоянии останутся там пока не закончится его срок службы.Закончив свою жизнь, они возвращаются в основное состояние, высвобождая энергию в форма света.

Однако, при вынужденном излучении электроны в возбужденном состоянии не нужно ждать завершения своей жизни. Альтернатива метод используется для принудительного возвращения возбужденного электрона в основное состояние до завершения их жизни.Этот Метод называется вынужденным излучением.

Когда инцидент фотон взаимодействует с возбужденным электроном, он заставляет возбужденный электрон возвращается в основное состояние. Это взволновало электрон высвобождает энергию в виде света, падая на основное состояние.

В вынужденного излучения испускаются два фотона (один дополнительный испускается фотон), один из-за падающего фотона а другой – за счет энерговыделения возбужденных электрон.Таким образом, испускаются два фотона.

стимулированный процесс излучения очень быстрый по сравнению со спонтанным эмиссионный процесс.

Все испускаемые фотоны в вынужденном излучении имеют то же самое энергия, одинаковая частота и находятся в фазе. Поэтому все фотоны в вынужденном излучении распространяются в одном и том же направление.

число фотонов, испускаемых в стимулированном излучении, зависит от числа электронов на более высоком энергетическом уровне или возбужденное состояние и интенсивность падающего света.

Это можно записать как:

Количество излучаемых фотоны α Количество электронов в возбужденном состоянии + падающий свет интенсивность.

Лазер

, история лазера, принцип работы лазера, использование лазера

(Последнее обновление: 11 сентября 2021 г.)

Обзор лазера:

Лазерные лучи в высокой степени монохроматичны. Это означает, что лазерный луч состоит из одного цвета или одной длины волны, в отличие от обычного белого света от лампы накаливания, который представляет собой комбинацию многих цветов или длин волн и, конечно же, не является монохроматическим.Лазер обладает высокой когерентностью, что означает, что длина волны лазерного излучения совпадает по фазе в пространстве и времени, это происходит из-за упорядоченных электронных переходов, происходящих в лазере. Лазерный свет может путешествовать в космосе на несколько сотен километров без каких-либо разрушений. В то время как соответствующая длина когерентности для пакетов волн, излучаемых обычным светом, обычно меньше метра. Лазер излучает узконаправленный свет, что означает, что свет, излучаемый лазером, представляет собой относительно узкий луч в определенном направлении без рассеивания.Кроме того, лазерный луч очень мало распространяется и поэтому может быть резко сфокусирован, но если вы посмотрите на обычную лампочку, она излучает свет во многих направлениях от источника.

Когда человек открыл огонь, до этого человек знал только естественные источники света, позже источники света эволюционировали в различные искусственные формы. Физикам предстояла работа по созданию устройств для получения мощного пучка света. Это привело к изобретению лазеров. Лазеры являются важной вехой в области инженерии в науке: от сканера штрих-кода до обнаружения в зонах с высоким уровнем безопасности, от проекционного указателя до принтеров, от оптического пинцета для работы с деликатными материалами до резки прочных материалов для глаз при удалении боди-арта или сложных Поисковые лазеры есть просто везде, лазеры обладают уникальными характеристиками, отличными от обычного света. Это позволяет производить очень интенсивный световой фокус в небольшой точке.

Термин «лазер» является аббревиатурой от «усиление света за счет стимулированного излучения». Это устройство, создающее интенсивный пучок монохроматического и когерентного света. Изобретение имеет некоторую историю, так что действительно лазеры.

История лазера:

Основной принцип лазера основан на теории света Эйнштейна, предложенной в 1916 году, которая позже была развита Гордоном Гулдом в 1957 году.В 1960 году Теодор Мейман изобрел первый работающий рубиновый лазер, который также был первым оптическим лазером, помимо твердых тел, таких как рубин. Исследователи проанализировали, что некоторые материалы, такие как ксенон, гелий или полупроводники, также могут использоваться в качестве лазерных сред. Лазер Харальда был основан на теориях Чарльза Хард Таунса и Артура Леонарда Шавлова 1954 года. Исследовательская работа Макса Планка 1900 года также считается основой лазера, в которой он обсуждает, что свет является формой электромагнитного излучения. Но технологии лазера развиваются на разных этапах. Были разработаны различные типы лазеров, что расширило область их применения.

Принцип работы лазера:

Работа и принцип действия лазера основаны на некоторых важных особенностях, о которых мы и поговорим. Принцип работы лазеров основан на спонтанном поглощении, спонтанном излучении, стимулированном излучении и поглощении с инверсной населенностью. Атом состоит из различных энергетических состояний. Давайте рассмотрим два разных состояния электрона, такие как основное состояние E o и возбужденное состояние E x .Электромагнитная энергия падает на атом в виде фотона частоты f из принципа сохранения энергии электромагнитная энергия определяется как разность:

ч ж = Е х – Е или

Когда энергия фотона падает на электрон, он переходит из основного состояния E o в возбужденное состояние, поглощая энергию. Этот процесс поглощения энергии фотонов известен как поглощение спонтанного излучения излучения. Известно, что электрон поглощает энергию и переходит с нижнего энергетического уровня E o на более высокий энергетический уровень E x , но возбужденные электроны, перескочившие на более высокое энергетическое состояние не остается в одном и том же состоянии в течение длительного периода и возвращается в исходное основное состояние

E o , теряя свою энергию в виде фотонов, эти фотоны рассматриваются как находящиеся в когерентном свете, поскольку они имеют какую-либо фазовую корреляцию, поэтому электроны в возбужденных атомах сами по себе высвобождаются из своего более высокого энергетического состояния на землю состояние, испускающее фотоны, называется спонтанным излучением.
Среднее время жизни или время жизни возбужденного атома — это время, в течение которого он остается в этом состоянии, это примерно 10 -8 секунд для спонтанного излучения. Однако среднее время жизни некоторых возбужденных состояний в 10 раз больше, и такие состояния называются метастабильными, и они играют важную роль в работе лазера.

Стимулированное излучение:

Вынужденное излучение В этом процессе атом изначально находится в возбужденном состоянии E x .Фотон с энергией Hf может стимулировать переход атома в его основное состояние E o . Во время этого процесса атом испускает дополнительный фотон с той же энергией HF, этот процесс называется вынужденным излучением, так как он инициируется внешним фотоном.

Инверсия населения:

Инверсия населенностей Обычно в любой атомной системе число атомов в основном состоянии больше, чем в возбужденном. Это происходит из-за тенденции электронов оставаться в основном состоянии, но для того, чтобы испускать больше фотонов.В возбужденном состоянии должно быть больше электронов, этот процесс достигается за счет оптической накачки, и это явление известно как инверсия населенностей.
Переходные электроны не остаются в возбужденном состоянии более длительное время, но в некоторых системах электроны остаются в возбужденном состоянии более длительное время, такие системы называются активными системами или средами. Обычно эти активные системы представляют собой соединения или смеси различных элементов. Рассмотрим экосистему, содержащую большое количество атомов, находящихся в состоянии теплового равновесия при температуре T до того, как система подвергнется какому-либо излучению. Количество атомов N o , находящихся в основном состоянии с энергией E o , и число и E x в состоянии более высокой энергии.
По Людвигу Больцману

N x = N o e (-(E x – E o ) /T

При повышении температуры из-за режима термического перемешивания число атомов переходит в более высокое энергетическое состояние E x . Поскольку E x больше, чем E o , уравнение Больцмана требует, чтобы N x было меньше, чем N o , что означает, что в возбужденном состоянии будет меньше атомов по сравнению с основным состоянием, таким образом, только за счет термического перемешивания. популяция E x может превышать популяцию E o .Предположим, что атомы залиты фотонами с энергией E x – E o , а затем поглощены атомами основного состояния. Фотоны исчезнут, и атомы будут перемещаться через возбужденное состояние, что приведет к инверсии населенностей, таким образом, за счет вынужденного излучения атомов в возбужденном состоянии будет генерироваться наибольшее количество фотонов, что показало, что вероятность процессов поглощения и вынужденного излучения на одно присутствие одинакова. Таким образом, чистая, если это будет поглощение фотонов, когда больше атомов находится в основном состоянии, когда преобладает вынужденное излучение, то есть когда испускается больше фотонов, чем поглощенных фотонов, производится лазерный свет.Лазеры обладают определенными уникальными характеристиками, которые позволяют сфокусировать лазерный луч в сто раз лучше, чем обычный свет. Этими характеристиками являются монохроматичность, когерентность, направленность и четкая фокусировка.

Таким образом, лазеры с уникальными характеристиками освещают отремонтированный перенос здесь, и нам, безусловно, интересно узнать об основах лазерной технологии, поскольку вы всегда можете использовать ее в той или иной форме в повседневной жизни.
Лазер или усиление света за счет вынужденного излучения – это устройство, которое производит интенсивный пучок монохроматического света. Работа лазеров основана на поглощении, спонтанном излучении, вынужденном излучении и инверсии населенностей. Кристаллы лазеров имеют монохроматическую когерентность, направленность и острый фокус.

Использование лазеров:

Фотометрия:

Лазерная фотометрия — это, по сути, метод измерения крупных животных под водой без необходимости физически вынимать их из воды или держать длинную веревку или измерительное устройство вдоль тела в надежде, что они останутся неподвижными. Этот метод включает в себя установку двух лазеров в основном на параллельных линиях, в нем требуется большая точность и много настроек, чтобы убедиться, что эти лазеры находятся на точных параллельных линиях, так что точки будут находиться примерно в одном футе друг от друга на всех расстояниях или по крайней мере, в пределах пары сотен футов вы должны навести две точки на сторону животного, скажем, на эту китовую акулу, и сфотографировать все животное с двумя точками на нем, и затем вы можете посмотреть на это изображение и сказать эти два площадь точек в футе друг от друга, сколько из этих маленьких интервалов мы можем поместить на этой одной картинке прямо здесь, и это даст вам довольно точный размер длины животного, намного лучше, чем просто на глаз.

Астрономия: Лазеры

также занимают большое место в астрономии. Изображения, которые вы видите прямо здесь, если эти желтые лазеры исходят из обсерваторий, то это натриевые лазеры, которые используются для создания опорных звезд, в основном искажающих атмосферу в обратном направлении. Таким образом, они могут получить более четкое представление о том, что находится за пределами нашей атмосферы, однако этот процесс намного сложнее, чем тот краткий обзор, который я только что дал вам. Лазеры также используются на спутниках, которые сканируют Марс и топографические карты.Они создают, если на борту этих спутников используются марсианские лазеры, и мы, очевидно, также используем лазеры для наблюдения за звездами и для определения различных созвездий в небе.

Уровень:

Этот тип строительных инструментов позволит вам генерировать лазерные линии на стенах или поверхностях, чтобы создать более точный уровень, получить идеальные углы 90 градусов и другие строительные цели с абсолютно идеальными линиями, которые вы иначе не смогли бы использовать.

Область медицины:

Лазеры используются для самых разных целей, включая медицинскую хирургию и стоматологию.Они широко используются для удаления татуировок. Вы видите, что они часто используются в различных типах сканеров МРТ, и они также широко используются в уходе за кожей. Лазеры с разной длиной волны широко используются в медицине.

Волоконно-оптические кабели:

Представьте, что у вас есть кабель, провод, который полый внутри, и все стенки внутри очень отражающие, как зеркало, если бы вы выстрелили лазером в этот провод, лазерный луч просто продолжал бы отражаться от внутренних стенок провода. и это выйдет с другой стороны.Это не просто остановилось бы внутри лазера. Если бы был поворот, он бы просто продолжал подпрыгивать и следовать за проводом, пока не вышел бы с другой стороны, и мы используем эти лазерные лучи для отправки информации и связи, и эта связь теперь отправляется со скоростью света намного быстрее, чем раньше. передачи данных. Теперь, очевидно, это намного сложнее, чем это, но это просто очень упрощенная версия.

Лазертаг:

Это довольно просто и прямолинейно, я уверен, что большинство из вас играли в него в прошлом, просто используя лазеры для стрельбы по мишеням на ваших врагах.Обычно на них будет какой-то жилет с целью на плечах, спине и груди, если вы попадете в эти маленькие цели, враг будет отключен на пару секунд.

Обработка материалов:

Это своего рода общий термин, который я использую для различных способов манипулирования материалом с помощью лазеров. Это может быть гравировка, это могут быть лазеры, используемые для сверления режущих предметов, таких как металл. Лазеры также используются для удаления ржавчины, и теперь они также используются для сварки.Лазеры, используемые для всех этих целей, обычно находятся в невидимом спектре, а также очень мощные и могут мгновенно сжечь вашу кожу.

Военный:

Военные уже какое-то время внедряют лазеры в свое вооружение, используя лазерные системы для уничтожения дронов, самолетов и ракет. Они начали устанавливать их на корабли, грузовики и самолеты. Эти лазеры также очень мощные и могут проходить прямо через металл.

Дисковод:

Использование лазерных диодов в дисководах для чтения DVD и компакт-дисков внутри вашего DVD-плеера или Xbox или чего бы то ни было, внутри любого из этих устройств, принимающих диски, будет использоваться небольшой диод с небольшим лазером. чтобы прочитать этот диск.

Сельское хозяйство:

Использование лазеров в качестве средства отпугивания или отпугивания птиц Теперь фермеры устанавливают автоматические лазерные системы такого типа на свои культуры, и птицы фактически увидят, что лазерный луч в этой лазерной точке похож на твердую гниль, приближающуюся к ним, или палку, приближающуюся к ним. они не смогут определить, что это просто свет, и это сразу отпугнет их.

Сканер штрих-кода: Сканеры штрих-кода

на самом деле имеют внутри лазер, который излучает движущийся свет, который вы видите, проходя по штрих-коду. Таким образом, в сканере штрих-кода есть осветитель, в данном случае это лазер. Он посылает свет на этот штрих-код, а затем часть этого света отражается от этих маленьких черных линий и возвращается обратно в сканер, а в сканере есть датчик, который затем декодирует его и сообщает сканеру, что на самом деле сказал штрих-код.

Лазерный принтер:

Лазерный принтер, и внутри принтеров этого типа компьютерная плата выдаст изображение, которое должно выглядеть, будь то текст или изображение, оно сообщит лазеру внутри, как должно выглядеть это изображение, и лазер проследите его на барабане внутри принтера, и это создаст статическое электричество на барабане, статическое электричество затем притянет на страницу тонер, а блок термоэлемента разнесет тонер на бумагу.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Принцип работы лазерного диода

– Inst Tools

Лазерный диод или LD , также известный как инжекционный лазерный диод или ILD , представляет собой полупроводниковый лазер с электрической накачкой, в котором активная лазерная среда образована p-n переходом полупроводникового диода, подобного обнаруженному. в светоизлучающем диоде.

Термин «лазер» означает усиление света за счет стимулированного излучения.Лазерный свет является монохроматическим, что означает, что он состоит из одного цвета, а не из смеси цветов. Лазерный свет также называют когерентным светом, одной длиной волны, по сравнению с некогерентным светом, который состоит из широкого диапазона длин волн. Лазерный диод обычно излучает когерентный свет, тогда как светодиод излучает некогерентный свет. Символы такие же, как показано на рисунке.

Рис. (a) :  Символ лазерного диода

Рис :  Базовая конструкция лазерного диода и работа.

Базовая конструкция лазерного диода показана на рисунке (b). Pn-переход образован двумя слоями легированного арсенида галлия. Длина p-n-перехода находится в прямой зависимости от длины волны испускаемого света. На одном конце pn-перехода есть сильно отражающая поверхность, а на другом конце — частично отражающая поверхность, образующая резонатор для фотонов. Внешние выводы обеспечивают соединения анода и катода.

Основная операция заключается в следующем.Лазерный диод смещен в прямом направлении внешним источником напряжения. При движении электронов через переход происходит рекомбинация, как в обычном диоде. Когда электроны падают в дырки для рекомбинации, высвобождаются фотоны. Высвобожденный фотон может столкнуться с атомом, вызвав высвобождение другого фотона. По мере увеличения прямого тока больше электронов попадает в область истощения и вызывает испускание большего количества фотонов. В конце концов, некоторые из фотонов, которые беспорядочно дрейфуют в области обеднения, ударяются об отраженные поверхности перпендикулярно.Эти отраженные фотоны движутся по области обеднения, ударяя по атомам и испуская дополнительные фотоны за счет лавинного эффекта.

Это возвратно-поступательное движение фотонов увеличивается по мере образования фотонов «снежных шаров», пока фотоны, проходящие через частично отражающий конец pn-перехода, не образуют очень интенсивный луч лазерного света. Каждый фотон, произведенный в этом процессе, идентичен другим фотонам по уровню энергии, фазовому соотношению и частоте. Таким образом, из лазерного диода выходит интенсивный свет с одной длиной волны, как показано на рисунке (c).Лазерные диоды имеют пороговый уровень тока, выше которого происходит лазерное воздействие, а ниже которого диод ведет себя по существу как светодиод, излучающий некогерентный свет.

Характеристики лазерного диода

Одной из важных характеристик лазерного диода является порог. Предполагается, что генерация не произойдет до тех пор, пока к материалу не будет приложена минимальная мощность. Это показано на следующем рисунке. Это графическое представление сравнивает выходную мощность с входным током.Несмотря на то, что лазерный диод излучает свет ниже пороговой энергии, спонтанное излучение слабее, чем излучение лазерного света выше порога.

На следующем графике показаны характеристики лазерного диода

.

  Приложения

Лазерные диоды и фотодиоды используются в системе звукоснимателей проигрывателей компакт-дисков (CD). Аудиоинформация (звук) записывается в цифровом виде в стереофоническом режиме на поверхности компакт-диска в виде микроскопических «ямок» и «плоских участков».«Линза фокусирует лазерный луч от диода на поверхность компакт-диска. Когда компакт-диск вращается, линза и луч следуют по дорожке под управлением серводвигателя. Лазерный свет, который видоизменяют ямки и неровности вдоль записываемой дорожки, отражается обратно от дорожки через линзу и оптическую систему к инфракрасным фотодиодам. Затем сигнал с фотодиодов используется для воспроизведения записанного в цифровом виде звука. Лазерные диоды также используются в лазерных принтерах и оптоволоконных системах.

Лазерный диод

: конструкция, принцип работы, характеристики и часто задаваемые вопросы

Лазерный диод похож на светоизлучающий диод, который излучает мощный свет через стеклянную линзу для уменьшения потерь сигнала.

Лазерный диод также называют инжекционным лазерным диодом. Он содержит следующие компоненты:

  • PhotoDiode

  • Laser

  • Стеклянная линза на передней панели

  • А волокно

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Общие типы лазерных диодов используются в телекоммуникациях:

Лазерный диод 

Лазерные диоды используются в качестве источников света в оптической связи. Первый лазер был построен Теодором Х. Мейманом в исследовательской лаборатории Хьюза в 1960 году.

Мы можем использовать два класса лазерных диодов – один излучает свет сам по себе, а другой использует внешний источник.

Лазерный диод состоит из следующих компонентов, которые мы подробно обсудим в конструкции лазерного диода:

Конструкция лазерного диода

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

  • Лазерный диод состоит из двух полупроводниковые слои, а именно: полупроводник P-типа и N-типа.Эти полупроводники сделаны из арсенида галлия и легированы селеном, алюминием или кремнием.

Конструкция лазерных диодов аналогична конструкции светодиодов, с той лишь разницей, что между этими двумя полупроводниками находится активный слой. Этот активный слой часто состоит из квантовой ямы и изготовлен из собственного полупроводника (собственный полупроводник означает нелегированный, чистый или природный полупроводник).

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

  • Обедненный слой находится между двумя полупроводниками, потому что при подаче напряжения на диод возникает электронно-дырочная комбинация.

  • Передняя часть полностью отполирована; эта поверхность действует как отражающая поверхность или зеркало, в то время как вид сбоку частично полируется, что действует как частично отражающая поверхность.

Теперь поговорим о его работе:

Принцип работы лазерного диода

Лазерный диод работает по принципу вынужденного излучения, поэтому излучения бывают трех типов:

  • Вынужденное поглощение Вынужденное излучение

  • Спонтанное излучение

Как правило, электрон при переходе на более низкий энергетический уровень выделяет энергию, равную промежутку между ними, и есть вероятность, что они вернутся после поглощения энергии.

Однако лазерный диод работает на вынужденном излучении. В этом процессе мы сталкиваем фотон с электроном, чтобы получить свет, который мы можем видеть на изображении ниже:

   

(изображение будет загружено в ближайшее время)

в виде световой энергии) с электроном в зоне проводимости (ЗП). Уже один электрон достигает валентной зоны; однако из-за столкновения с фотоном лишний электрон также достигает валентной зоны.Таким образом, мы получаем два фотона, испускающих свет.

Характеристики лазерного диода

Лазер имеет несколько научных, коммерческих и медицинских применений. Лазер имеет следующие характеристики:

  • Высокая направленность – свет, излучаемый лазерными диодами, направляется в узкий пучок, который можно легко направить через оптическое волокно.

  • Монохроматичность – Лазерные диоды излучают узкий свет, содержащий один цвет.

  • Лазеры имеют одинаковую частоту и длину волны.

  • Лазер представляет собой луч высокой интенсивности.

  • Лазеры когерентны – излучаемый свет имеет одну длину волны.

  • Лазеры имеют одинаковую фазу и частоту.

  • Лазеры могут перемещаться на большие расстояния.

Применение лазерных диодов

Мы находим применение лазерным диодам в нашей повседневной жизни; давайте посмотрим на некоторые из них:

  • В качестве считывателя штрих-кода.

  • Лазерная печать и лазерное растрирование.

  • Оптоволоконная связь.

  • В медицине врачи используют лазеры в качестве альтернативы скальпелю для разрезания тканей.

  • Лазеры позволяют использовать такие инструменты, как дальномер, спектрометр и бесконтактные измерения.

  • Лазерные диоды с диапазонами 1,3 и 1,55 мкм используются в качестве основного источника света в телекоммуникациях. При изменении полосы в качестве оптического усиления используются лазерные диоды.

  • В проигрывателях компакт-дисков и DVD.

  • Поскольку лазеры представляют собой лучи высокой интенсивности, в промышленности люди используют лазеры для резки, сверления и сварки.

Преимущества лазерного диода

Мы находим различные преимущества использования лазерных диодов; давайте посмотрим на эти:

  • Низкое энергопотребление.

  • Низкая стоимость производства и эксплуатации.

  • Работает в течение долгих часов.

  • Легко переносится благодаря небольшому размеру и внутренней архитектуре.

  • Высокая надежность.

  • Генерирует высокоэффективный свет.

Недостатки лазерного диода

Как у медали есть две стороны, так и у лазерного диода, плюсов у него немного, а достоинств большой, так как нет ничего идеального.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.