Лазерен принцип

Принципът на лазерите се основава на стимулирано излъчване, концепция, предложена за първи път от Айнщайн в началото на 20 век. Основният процес е както следва:

- Електронен преход: Атомите или молекулите в работната среда получават енергия под въздействието на източник на помпа (като електрическа енергия, светлинна енергия и т.н.), преминавайки от ниско енергийно ниво към високо енергийно ниво, навлизайки във възбудено състояние. Тъй като високото енергийно ниво е нестабилно, атомите или молекулите спонтанно преминават обратно към ниско енергийно ниво, освобождавайки фотони в процеса.

- Отражение на резонансната кухина: Тези фотони се отразяват напред-назад в резонансната кухина, взаимодействайки с други атоми или молекули във възбудено състояние в работната среда, предизвиквайки по-стимулирано излъчване. Това води до рязко увеличаване на броя на фотоните, което води до високоинтензивна, силно монохроматична и изключително насочена лазерна светлина.

Лазерни компоненти

Лазерът се състои основно от три части: работна среда, източник на помпа и резонансна кухина.

- Работна среда: Това е основата на лазерното генериране. Състои се от активна среда, която позволява инверсия на населението, като рубин, неодимово стъкло или газ въглероден диоксид.

- Източник на помпа: Осигурява енергия на работната среда, предизвиквайки стимулирана емисия. Общите методи включват електрическо възбуждане и оптично възбуждане.

- Резонансна кухина: Съставена от огледала за пълно вътрешно отражение и огледала за частично вътрешно отражение, тя осигурява обратна връзка и осцилираща среда за фотоните, позволявайки им да пътуват напред-назад многократно в кухината, засилвайки ефекта на стимулираната емисия и в крайна сметка образувайки лазерен изход.

Разлика между едномодов и многомодов лазер

Основната разлика между едномодовите и многомодовите лазери е в броя на модовете в изходния лъч.

- Едномодов лазер: Поддържа само един режим на разпространение на светлината. Той има високо качество на лъча, добра насоченост и кохерентност, стандартно кръгло петно ​​на лъча и малък ъгъл на отклонение. Подходящ е за приложения с висока точност като лазерни интерферометри и оптична комуникация.

- Многомодов лазер: Поддържа множество режими на разпространение на светлината. Той има голям ъгъл на отклонение на изходния лъч, сложна форма на лъча и разпределение на интензитета и по-къса кохерентна дължина, но висока изходна мощност. Подходящ е за по-малко взискателни приложения като обработка на материали и лазерно осветление.

Лазери – гаусови лъчи

Лазерите се наричат ​​гаусови лъчи, тъй като тяхното разпределение на интензитета в напречното им сечение съответства приблизително на функция на Гаус, което означава, че интензитетът е висок в центъра и постепенно намалява към краищата, показвайки камбанообразна крива.

Тази характеристика на разпределение произтича от самовъзпроизводимостта на лазера по време на формирането му в резонансната кухина; дори след дифракция и разпространение, неговото разпределение на интензитета поддържа форма на Гаус. Гаусовите лъчи притежават отлична производителност на фокусиране и монохроматичност, като ефективно намаляват конкуренцията на режимите и подобряват качеството на лъча, което ги прави широко използвани в проектирането на оптични системи, лазерна обработка и други области.

Класификация на лазера Лазерите могат да бъдат класифицирани по много начини, един от които е според работната среда:

- Лазери в твърдо състояние: Те използват твърди материали като работна среда, като лазери с алуминиев гранат с добавка на неодим (Nd:YAG). Тези лазери обикновено имат висока мощност и добра стабилност и се използват широко в промишлената обработка, медицината и научните изследвания.

- Газови лазери: Те използват газове като работна среда, като хелиево-неонови лазери (He-Ne) и лазери с въглероден диоксид (CO2). Газовите лазери имат широко приложение във видимата и инфрачервената спектрална област.

- Течни лазери: Известни също като лазери с багрила, те използват разтвори на органични багрила като работна среда. Тяхната регулируемост на дължината на вълната им дава уникални предимства в научните изследвания и биомедицината.

- Полупроводникови лазери: Те използват полупроводникови материали като работна среда, като лазерни диоди. Тези лазери предлагат предимства при миниатюризация и интеграция и се използват широко в оптична комуникация, лазерен печат и други области.

- Лазери със свободни електрони: Те използват високоскоростни лъчи от свободни електрони като работна среда. Те предлагат широк диапазон от изходна мощност и дължини на вълните, което ги прави подходящи за физика на високи енергии и рентгенова спектроскопия.