מה העיקרון והפעולה של לייזרים?

אֵיךלייזריםעֲבוֹדָה

פרט ללייזרי אלקטרונים חופשיים, עקרון העבודה הבסיסי של כל סוגי הלייזרים זהה. התנאים החיוניים ליצירת לייזר הם היפוך מספר חלקיקים ורווח גדול מהפסד, ולכן המרכיבים החיוניים במכשיר כוללים מקור עירור (או שאיבה) ומדיום עבודה עם רמת אנרגיה יציבה. עירור הוא עירור של המדיום העובד למצב נרגש לאחר ספיגת אנרגיה חיצונית, יצירת תנאים למימוש ותחזוקה של היפוך אוכלוסיית החלקיקים. שיטות העירור כוללות עירור אופטי, עירור חשמלי, עירור כימי ועירור אנרגיה גרעינית.

רמת האנרגיה המט-יציבה של המדיום העובד הופכת את הקרינה המגורה לדומיננטית, ובכך מממשת הגברה של האור. המרכיב הנפוץ בלייזר הוא המהוד, אך המהוד (ראה מהוד אופטי) אינו חלק מהותי. המהוד יכול לגרום לפוטונים בחלל להיות בעלי תדר, פאזה וכיוון ריצה עקביים, כך שללייזר יש כיווניות וקוהרנטיות טובים. יתרה מכך, הוא יכול לקצר היטב את אורך החומר הפועל, ויכול גם להתאים את מצב אור הלייזר שנוצר על ידי שינוי אורך חלל התהודה (כלומר, בחירת מצב), כך שבדרך כלל ללייזרים יש חלל תהודה.

לייזר מורכב בדרך כלל משלושה חלקים:

1. חומר עבודה:הליבה של הלייזר, רק החומר שיכול להשיג מעבר רמת אנרגיה יכול לשמש כחומר העבודה של הלייזר.

2. עידוד אנרגיה:תפקידו לתת אנרגיה לחומר הפועל, ולעורר אטומים מרמת אנרגיה נמוכה לרמת אנרגיה גבוהה אנרגיה חיצונית. בדרך כלל יכולה להיות אנרגיית אור, אנרגיה תרמית, אנרגיה חשמלית, אנרגיה כימית וכן הלאה.

3. חלל תהודה אופטי:התפקיד הראשון הוא לגרום לקרינה המגורה של החומר העובד להמשיך; השני הוא להאיץ ברציפות את הפוטונים; השלישי הוא להגביל את כיוון פלט הלייזר. המהוד האופטי הפשוט ביותר מורכב משתי מראות מקבילות הממוקמות בשני הקצוות של לייזר HeNe. כאשר כמה אטומי ניאון עוברים בין שתי רמות האנרגיה שהשיגו היפוך מספר החלקיקים, ומקרינים פוטונים במקביל לכיוון הלייזר, הפוטונים הללו ישתקפו הלוך ושוב בין שתי המראות, ובכך יגרמו ללא הרף לקרינה מגורה, מהר מאוד לייזר חזק למדי מיוצר.

ניתן להשתמש באור הטהור והיציב מבחינה ספקטרלית הנפלטת מהלייזרים בדרכים רבות

רובי לייזר:הלייזר המקורי היה אודם שהתרגש על ידי נורה מהבהבת בהירה, והלייזר שנוצר היה "לייזר דופק" ולא קרן יציבה רציפה. איכות מהירות האור המופקת מלייזר זה שונה מהותית מהלייזר המיוצר על ידי דיודות הלייזר שאנו משתמשים בהן כיום. פליטת האור האינטנסיבית הזו, שנמשכת רק כמה ננו-שניות, היא אידיאלית ללכידת עצמים הנעים בקלות, כמו דיוקנאות הולוגרפיים של אנשים. דיוקן הלייזר הראשון נולד בשנת 1967. לייזר רובי דורש אודם יקר ומייצר רק פולסים קצרים של אור.

He-Ne לייזר:בשנת 1960 תכננו המדענים עלי ג'וואן, וויליאם ר.ברנט ג'וניור ודונלד הריוט את הלייזר He-Ne. זה היה לייזר הגז הראשון, סוג של ציוד נפוץ בשימוש על ידי צלמים הולוגרפיים. שני יתרונות: 1. נוצר פלט לייזר רציף; 2. אין צורך בנורה הבזק לעירור אור, והגז מתלהב מחשמל.

דיודת לייזר:דיודת לייזר היא אחד הלייזרים הנפוצים ביותר כיום. התופעה של ריקומבינציה ספונטנית של אלקטרונים וחורים משני צידי צומת ה-PN של הדיודה לפליטת אור נקראת פליטה ספונטנית. כאשר הפוטונים שנוצרו על ידי פליטה ספונטנית עוברים דרך המוליך למחצה, ברגע שהם עוברים ליד זוגות האלקטרונים-חורים הנפלטים, ניתן לעורר אותם לשילוב מחדש כדי ליצור פוטונים חדשים, אשר גורמים לשילוב מחדש של נשאים נרגשים לפלוט פוטונים חדשים. התופעה נקראת מגורה פְּלִיטָה.

אם הזרם המוזרק גדול מספיק, תיווצר התפלגות הנשאים המנוגדת למצב שיווי המשקל התרמי, כלומר, אוכלוסיית החלקיקים מתהפכת. כאשר מספר רב של נשאים בשכבה הפעילה מתהפכים, כמות קטנה של פוטונים שנוצרת על ידי קרינה ספונטנית תיצור קרינה מושרה עקב השתקפות הדדית בשני קצוות המהוד, וכתוצאה מכך משוב חיובי של תהודה סלקטיבית בתדר, או רווח עבור תדר מסוים. כאשר הרווח גדול יותר מאובדן הקליטה, ניתן לפלוט אור קוהרנטי עם קווים ספקטרליים טובים מצומת ה-PN - לייזר. המצאת דיודות הלייזר הפכה את יישומי הלייזר לפופולריים במהירות, ויישומים שונים כגון סריקת מידע, תקשורת סיבים אופטיים, טווחי לייזר, מכ"ם לייזר, דיסקי לייזר, מצביעי לייזר, גביית תשלומים בסופרמרקט וכו', מפותחים ופופולריים כל הזמן.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.