Prinsip dan Aplikasi Laser
Bagaimana laser berfungsi
Laser adalah alat yang memancarkan cahaya laser. Menurut medium kerja, laser boleh dibahagikan kepada empat kategori: laser gas, laser pepejal, laser semikonduktor dan laser pewarna. Baru-baru ini, laser elektron percuma telah dibangunkan. Laser berkuasa tinggi biasanya output berdenyut.
Kecuali laser elektronik percuma, prinsip kerja asas pelbagai laser adalah sama. Keadaan yang sangat diperlukan untuk menghasilkan cahaya laser adalah bahawa penyimpangan dan keuntungan penduduk lebih besar daripada kerugian, jadi komponen peranti yang sangat diperlukan adalah sumber pengujaan (atau mengepam) dan medium kerja dengan tahap tenaga metastabil. Pengujaan adalah pengujaan medium kerja untuk menggembirakan keadaan teruja, mewujudkan keadaan untuk mencapai dan mengekalkan penyerapan penduduk. Kaedah insentif merangkumi pengujaan optik, pengujaan elektrik, pengujaan kimia dan pengujaan tenaga nuklear.
Tahap tenaga metastabil dari medium kerja sedemikian rupa sehingga sinaran terangsang mendominasi, sehingga mencapai penguatan optik. Komponen umum laser adalah rongga resonan, tetapi rongga resonan (lihat rongga optik) bukanlah komponen yang sangat diperlukan. Rongga resonan membolehkan foton di dalam rongga mempunyai frekuensi, fasa, dan arah perjalanan yang konsisten, sehingga memungkinkan laser untuk memiliki arah dan koheren yang baik. Lebih-lebih lagi, ia dapat memendekkan panjang bahan kerja dengan baik, dan juga dapat menyesuaikan modus laser yang dihasilkan dengan mengubah panjang rongga (iaitu, pemilihan mod), sehingga laser pada umumnya memiliki rongga resonan.
Tiga komponen laser
Pertama, bahan kerja
Pada inti laser, hanya bahan yang dapat mencapai peralihan tahap tenaga yang dapat digunakan sebagai bahan kerja untuk laser.
Second, tenaga insentif
Peranannya adalah untuk memberi tenaga bahan kerja, atom teruja dari tahap tenaga rendah ke tenaga luaran dari tahap tenaga tinggi. Biasanya terdapat tenaga cahaya, tenaga haba, tenaga elektrik, tenaga kimia dan sebagainya.
Ketiga, peranan rongga optik:
Pertama, sinaran rangsangan bahan kerja terus dilakukan;
Yang kedua adalah untuk mempercepat foton secara berterusan;
Yang ketiga adalah menghadkan arah output laser.
Rongga optik termudah terdiri daripada dua cermin selari yang diletakkan di hujung laser HeNe. Apabila beberapa atom deuterium beralih antara dua tahap tenaga yang mencapai penyongsangan zarah, dan memancarkan foton selari dengan arah laser, foton-foton ini akan memantulkan bolak-balik antara kedua-dua cermin, sehingga terus-menerus menyebabkan radiasi terangsang. Laser yang sangat kuat dihasilkan dengan cepat.
Cahaya murni dan spektrum laser yang stabil dapat digunakan dalam pelbagai cara.
Laser Ruby
Laser asli digosok oleh lampu kilat yang terang, dan laser yang dihasilkan adalah" laser berdenyut" bukannya rasuk yang stabil secara berterusan. Kualiti cahaya yang dihasilkan oleh laser ini pada asasnya berbeza dengan laser yang dihasilkan oleh laser diod yang kita gunakan sekarang. Pelepasan cahaya yang kuat ini, yang hanya bertahan beberapa nanodetik, sangat sesuai untuk menangkap objek yang mudah bergerak, seperti gambar potret holografik. Potret laser pertama dilahirkan pada tahun 1967. Laser ruby memerlukan rubi yang mahal dan hanya dapat menghasilkan letupan cahaya yang pendek.
Laser helium
Pada tahun 1960 saintis Ali Javan, William R. Brennet Jr. dan Donald Herriot merancang laser HeNe. Ini adalah laser gas pertama yang biasa digunakan pada jurugambar holografik.
Dua kelebihan: 1. Menghasilkan output laser berterusan; 2. Tidak perlu lampu kilat melakukan eksitasi cahaya, tetapi gunakan gas pengujaan elektrik.
Diod laser
Laser diod adalah salah satu laser yang paling biasa digunakan. Fenomena penggabungan spontan elektron dan lubang di kedua sisi persimpangan PN dioda disebut pelepasan spontan. Apabila foton yang dihasilkan oleh pancaran spontan melewati semikonduktor, setelah melewati pasangan lubang elektron yang dipancarkan, mereka dapat bersemangat untuk bergabung semula untuk menghasilkan foton baru, yang mendorong pembawa teruja untuk bergabung semula dan memancarkan foton baru. Fenomena itu disebut sinaran terangsang.
Sekiranya arus suntikan cukup besar, pembahagian pembawa yang bertentangan dengan keadaan keseimbangan terma terbentuk, iaitu jumlah populasi terbalik. Apabila pembawa di lapisan aktif berada dalam sebilangan besar pembalikan, sebilangan kecil foton yang dihasilkan secara spontan menghasilkan sinaran induktif kerana pantulan timbal balik di kedua-dua hujung rongga resonan, menghasilkan maklum balas selektif dari resonans selektif, atau memperoleh untuk frekuensi tertentu. Apabila keuntungan lebih besar daripada kehilangan penyerapan, cahaya koheren dengan garis spektrum yang baik, laser, dapat dipancarkan dari persimpangan PN. Penemuan diod laser memungkinkan penggunaan aplikasi laser dengan cepat, pelbagai jenis pengimbasan maklumat, komunikasi serat optik, jangkauan laser, radar laser, cakera laser, penunjuk laser, koleksi pasar raya, dll., Dan pelbagai aplikasi terus dikembangkan dan dipopulerkan .