Шуурхай нийтлэл авахын тулд манай сошиал медиад бүртгүүлнэ үү
Орчин үеийн технологийн тулгын чулуу болох лазерууд нь нарийн төвөгтэй байхын зэрэгцээ гайхалтай юм. Тэдний гол цөмд уялдаа холбоотой, олшруулсан гэрэл үүсгэхийн тулд нэгэн зэрэг ажилладаг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн симфони оршдог. Энэхүү блог нь лазер технологийн талаар илүү гүнзгий ойлголт өгөхийн тулд шинжлэх ухааны зарчим, тэгшитгэлээр дэмжигдсэн эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нарийн төвөгтэй байдлыг гүнзгийрүүлэн авч үзсэн болно.
Лазер системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн талаарх дэлгэрэнгүй ойлголтууд: Мэргэжлийн хүмүүст зориулсан техникийн хэтийн төлөв
| Бүрэлдэхүүн хэсэг | Функц | Жишээнүүд |
| Дунд зэргийн өсөлт | Гэрлийг өсгөхөд ашигладаг лазерын материал нь гэрлийг өсгөхөд ашигладаг. Энэ нь популяцийн инверсия болон өдөөгдсөн ялгаралтын процессоор дамжуулан гэрлийн өсгөлтийг хөнгөвчилдөг. Өсгөлтийн орчны сонголт нь лазерын цацрагийн шинж чанарыг тодорхойлдог. | Хатуу төлөвт лазерууджишээ нь, Nd:YAG (Неодимоор хольсон иттрий хөнгөн цагаан анар), анагаах ухаан болон үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглагддаг.Хийн лазерууджишээ нь, зүсэх болон гагнахад ашигладаг CO2 лазерууд.Хагас дамжуулагч лазерууд:Жишээлбэл, шилэн кабелийн холбоо болон лазер заагчуудад ашигладаг лазер диодууд. |
| Шахах эх үүсвэр | Шахах эх үүсвэр нь популяцийн инверсия (популяцийн инверсийн энергийн эх үүсвэр)-ийг бий болгохын тулд олшруулалтын орчинд энерги өгч, лазерын ажиллагааг идэвхжүүлдэг. | Оптик шахуургаХатуу төлөвт лазерыг шахахын тулд гар чийдэн гэх мэт хүчтэй гэрлийн эх үүсвэр ашиглах.Цахилгаан шахуургаХийн лазер дахь хийг цахилгаан гүйдлийн тусламжтайгаар өдөөх.Хагас дамжуулагч шахуургаХатуу төлөвт лазер орчныг шахахын тулд лазер диод ашиглах. |
| Оптик хөндий | Хоёр тольноос бүрдэх оптик хөндий нь гэрлийг ойлгож, олшруулагч орчин дахь гэрлийн замын уртыг нэмэгдүүлж, улмаар гэрлийн олшруулалтыг сайжруулдаг. Энэ нь гэрлийн спектр болон орон зайн шинж чанарыг сонгон лазер олшруулалтын эргэх холбооны механизмыг бий болгодог. | Хавтгай-Хавтгай хөндий: Лабораторийн судалгаанд ашиглагддаг, энгийн бүтэцтэй.Хавтгай-Ховх хөндийАж үйлдвэрийн лазеруудад түгээмэл хэрэглэгддэг тул өндөр чанартай цацраг үүсгэдэг. Цагираган хөндий: Цагираг хэлбэрийн хийн лазер гэх мэт цагираг хэлбэрийн лазерын тодорхой загварт ашиглагддаг. |
Олшруулах орчин: Квант механик ба оптик инженерчлэлийн холбоо
Өсгөлтийн орчин дахь квант динамик
Олшруулах орчин нь гэрлийн олшруулалтын үндсэн үйл явц явагддаг газар бөгөөд энэ нь квант механикт гүн гүнзгий үндэслэсэн үзэгдэл юм. Эрчим хүчний төлөв байдал ба орчин доторх бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь өдөөгдсөн ялгаруулалт ба популяцийн инверсийн зарчмуудаар зохицуулагддаг. Гэрлийн эрчим (I), анхны эрчим (I0), шилжилтийн хөндлөн огтлол (σ21), хоёр энергийн түвшин (N2 ба N1) дахь бөөмсийн тоонуудын хоорондох чухал хамаарлыг I = I0e^(σ21(N2-N1)L тэгшитгэлээр тодорхойлдог. N2 > N1 байх популяцийн инверсийг бий болгох нь олшруулалтын хувьд чухал бөгөөд лазер физикийн тулгын чулуу юм.1].
Гурван түвшний болон дөрвөн түвшний системүүд
Практик лазерын загварт гурван түвшин ба дөрвөн түвшний системийг түгээмэл ашигладаг. Гурван түвшний систем нь илүү энгийн боловч лазерын доод түвшин нь үндсэн төлөв учраас популяцийн инверсияд хүрэхийн тулд илүү их энерги шаарддаг. Нөгөөтэйгүүр, дөрвөн түвшний систем нь өндөр энергийн түвшингээс цацраг идэвхт бус задрал хурдан явагддаг тул популяцийн инверсияд илүү үр ашигтай замыг санал болгодог бөгөөд энэ нь орчин үеийн лазерын хэрэглээнд илүү түгээмэл болгодог.2].
Is Эрбиум агуулсан шилашиг орлогын дунд хэсэг үү?
Тийм ээ, эрбиумд хольсон шил нь лазер системд ашиглагддаг олшруулалтын нэг төрөл юм. Энэ хүрээнд "холбоо" гэдэг нь шилэнд тодорхой хэмжээний эрбиум ион (Er³⁺) нэмэх үйл явцыг хэлнэ. Эрбиум бол ховор элемент бөгөөд шилэн суурь материалд нэгтгэхэд лазерын үйл ажиллагааны үндсэн үйл явц болох өдөөгдсөн ялгаралтаар гэрлийг үр дүнтэйгээр олшруулж чаддаг.
Эрбиум агуулсан шил нь ялангуяа цахилгаан холбооны салбарт шилэн лазер болон шилэн өсгөгчд ашиглагддагаараа алдартай. Энэ нь 1550 нм орчим долгионы уртад гэрлийг үр дүнтэйгээр өсгөдөг тул эдгээр хэрэглээнд маш тохиромжтой бөгөөд энэ нь стандарт цахиурын ширхэгт бага алдагдалтай тул шилэн кабелийн холбооны гол долгионы урт юм.
ньэрбиумионууд нь насосны гэрлийг шингээдэг (ихэвчлэнлазер диод) бөгөөд илүү өндөр энергийн төлөвт догдлодог. Тэд бага энергийн төлөвт буцаж ирэхдээ лазерын долгионы уртад фотон ялгаруулж, лазерын процесст хувь нэмэр оруулдаг. Энэ нь эрбий хольцтой шилийг янз бүрийн лазер болон өсгөгчийн загварт үр дүнтэй, өргөн хэрэглэгддэг олшруулалтын орчин болгодог.
Холбоотой блогууд: Мэдээ - Эрбиумтай хольсон шил: Шинжлэх ухаан ба хэрэглээ
Шахах механизм: Лазерын ард байгаа хөдөлгөгч хүч
Хүн амын инверсийг бий болгох олон янзын арга барилууд
Шахах механизмын сонголт нь лазерын дизайнд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд үр ашгаас эхлээд гаралтын долгионы урт хүртэл бүх зүйлд нөлөөлдөг. Гэрэл чийдэн эсвэл бусад лазер зэрэг гадаад гэрлийн эх үүсвэрийг ашиглан оптик шахах нь хатуу төлөвт болон будагч лазеруудад түгээмэл байдаг. Цахилгаан цэнэг алдалтын аргыг ихэвчлэн хийн лазерт ашигладаг бол хагас дамжуулагч лазерууд нь ихэвчлэн электрон шахалтыг ашигладаг. Эдгээр шахах механизмын үр ашиг, ялангуяа диодоор шахдаг хатуу төлөвт лазеруудын үр ашиг нь сүүлийн үеийн судалгааны чухал чиглэл болж, илүү өндөр үр ашиг, авсаархан байдлыг санал болгож байна.3].
Шахуургын үр ашгийн техникийн асуудлууд
Шахах процессын үр ашиг нь лазер дизайны чухал тал бөгөөд нийт гүйцэтгэл болон хэрэглээний тохиромжтой байдалд нөлөөлдөг. Хатуу төлөвт лазеруудад гар чийдэн болон лазер диодыг шахах эх үүсвэр болгон сонгох нь системийн үр ашиг, дулааны ачаалал болон цацрагийн чанарт мэдэгдэхүйц нөлөөлж болно. Өндөр хүчин чадалтай, өндөр үр ашигтай лазер диодын хөгжил нь DPSS лазер системд хувьсгал хийж, илүү авсаархан, үр ашигтай дизайн хийх боломжийг олгосон.4].
Оптик хөндий: Лазер туяаг инженерчлэх нь
Хөндий дизайн: Физик ба инженерийн тэнцвэржүүлэлтийн үйлдэл
Оптик хөндий буюу резонатор нь зүгээр л идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсэг биш, харин лазер туяаг хэлбэржүүлэхэд идэвхтэй оролцогч юм. Толин тусгалын муруйлт болон байрлал зэрэг хөндийн загвар нь лазерын тогтвортой байдал, горимын бүтэц, гаралтыг тодорхойлоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хөндий нь алдагдлыг багасгахын зэрэгцээ оптик олзыг нэмэгдүүлэхээр зохион бүтээгдсэн байх ёстой бөгөөд энэ нь оптик инженерчлэлийг долгионы оптиктой хослуулсан сорилт юм.5.
Хэлбэлзлийн нөхцөл ба горимын сонголт
Лазерын хэлбэлзэл үүсэхийн тулд орчны өгсөн олшруулалт нь хөндий доторх алдагдлаас давсан байх ёстой. Энэ нөхцөл нь когерент долгионы суперпозицийн шаардлагатай хосолсноор зөвхөн тодорхой уртааш горимууд дэмжигддэг болохыг шаарддаг. Горимын зай болон горимын нийт бүтэц нь хөндийн физик урт болон олшруулах орчны хугарлын индексээс хамаардаг.6].
Дүгнэлт
Лазер системийн дизайн, ажиллагаа нь физик болон инженерийн зарчмуудын өргөн хүрээг хамардаг. Олшруулах орчныг зохицуулах квант механикаас эхлээд оптик хөндийн нарийн төвөгтэй инженерчлэл хүртэл лазер системийн бүрэлдэхүүн хэсэг бүр нь түүний нийт үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү нийтлэл нь лазер технологийн нарийн төвөгтэй ертөнцийг харуулсан бөгөөд энэ салбарын профессор, оптик инженерүүдийн дэвшилтэт ойлголттой нийцсэн ойлголтуудыг санал болгож байна.
Лавлагаа
- 1. Siegman, AE (1986). Лазер. Их сургуулийн шинжлэх ухааны номууд.
- 2. Свелто, О. (2010). Лазерын зарчим. Спрингер.
- 3. Коечнер, В. (2006). Хатуу төлөвт лазерын инженерчлэл. Спрингер.
- 4. Пайпер, Ж.А., & Милдрен, Р.П. (2014). Диод шахуургатай хатуу төлөвт лазерууд. Лазер технологи ба хэрэглээний гарын авлага (III боть). CRC Press.
- 5. Милонни, П.В., & Эберли, Ж.Х. (2010). Лазерын физик. Вайли.
- 6. Силфваст, ВТ (2004). Лазерын үндэс. Кембрижийн их сургуулийн хэвлэл.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 11-р сарын 27