Шуурхай нийтлэл авахын тулд манай сошиал медиад бүртгүүлнэ үү
Үндсэндээ лазер шахах гэдэг нь орчинг эрчимжүүлж, лазер гэрэл ялгаруулж чадах төлөвт хүргэх үйл явц юм. Үүнийг ихэвчлэн орчинд гэрэл эсвэл цахилгаан гүйдэл оруулж, түүний атомуудыг өдөөж, когерент гэрэл ялгаруулах замаар хийдэг. Энэхүү үндсэн үйл явц нь 20-р зууны дунд үед анхны лазерууд гарч ирснээс хойш мэдэгдэхүйц хөгжсөн.
Лазер шахах нь ихэвчлэн хурдны тэгшитгэлээр загварчлагддаг боловч үндсэндээ квант механик процесс юм. Энэ нь фотон болон олшруулах орчны атом эсвэл молекулын бүтцийн хоорондох нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлийг хамардаг. Дэвшилтэт загварууд нь эдгээр харилцан үйлчлэлийн талаар илүү нарийн ойлголт өгөх Раби хэлбэлзэл гэх мэт үзэгдлийг авч үздэг.
Лазер шахах нь лазерын олшруулах орчинд энерги, ихэвчлэн гэрэл эсвэл цахилгаан гүйдлийн хэлбэрээр нийлүүлж, түүний атом эсвэл молекулуудыг өндөр энергийн төлөвт хүргэх үйл явц юм. Энэхүү энергийн дамжуулалт нь популяцийн инверсийг бий болгоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь бага энергийн төлөвөөс илүү олон бөөмс өдөөгддөг төлөв бөгөөд энэ нь орчинд өдөөгдсөн ялгаралтаар гэрлийг олшруулах боломжийг олгодог. Энэ үйл явц нь нарийн төвөгтэй квант харилцан үйлчлэлийг хамардаг бөгөөд ихэвчлэн хурдны тэгшитгэл эсвэл илүү дэвшилтэт квант механик хүрээгээр загварчлагддаг. Гол талуудад насосны эх үүсвэрийг сонгох (лазер диод эсвэл цэнэг алдалтын чийдэн гэх мэт), насосны геометр (хажуугийн эсвэл төгсгөлийн шахах), олшруулах орчны тодорхой шаардлагад нийцүүлэн насосны гэрлийн шинж чанарыг (спектр, эрчим, цацрагийн чанар, туйлшрал) оновчтой болгох зэрэг орно. Лазер шахах нь хатуу төлөвт, хагас дамжуулагч, хийн лазер зэрэг янз бүрийн төрлийн лазеруудад үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд лазерын үр ашигтай, үр дүнтэй ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Оптик шахуургын лазерын төрлүүд
1. Допилсан тусгаарлагчтай хатуу төлөвт лазерууд
· Тойм:Эдгээр лазерууд нь цахилгаан тусгаарлагч хост орчин ашигладаг бөгөөд лазерын идэвхтэй ионуудыг эрчимжүүлэхийн тулд оптик шахуурга ашигладаг. Үүний нийтлэг жишээ бол YAG лазерт агуулагдах неодим юм.
·Сүүлийн үеийн судалгаа:А. Антипов болон бусад судлаачдын хийсэн судалгаагаар эргэлдэгч солилцох оптик шахуургад зориулсан хатуу төлөвт ойрын хэт улаан туяаны лазерын талаар авч үзсэн болно. Энэхүү судалгаа нь хатуу төлөвт лазерын технологийн дэвшлийг, ялангуяа эмнэлгийн дүрслэл, харилцаа холбоо зэрэг хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой ойрын хэт улаан туяаны спектрийн дэвшлийг онцолж байна.
Цааш унших:Спин-Сэлгээний Оптик Шахуургын Хатуу Төлөвт Ойролцоох Хэт Ирлэн Цэнэглэгч Лазер
2. Хагас дамжуулагч лазерууд
·Ерөнхий мэдээлэл: Ихэвчлэн цахилгаан шахуургаар ажилладаг хагас дамжуулагч лазерууд нь оптик шахуургын давуу талыг ашиглаж болно, ялангуяа босоо гадаад хөндийн гадаргуугийн ялгаруулдаг лазер (VECSEL) гэх мэт өндөр гэрэл шаарддаг хэрэглээнд.
·Сүүлийн үеийн хөгжил: У. Келлерийн хэт хурдан хатуу төлөвт болон хагас дамжуулагч лазераас гаргаж авсан оптик давтамжийн самнуудын талаарх бүтээл нь диодоор шахдаг хатуу төлөвт болон хагас дамжуулагч лазераас тогтвортой давтамжийн самнуудыг бий болгох талаар ойлголт өгдөг. Энэхүү дэвшил нь оптик давтамжийн хэмжилзүйн хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой юм.
Цааш унших:Хэт хурдан хатуу төлөвт болон хагас дамжуулагч лазеруудаас гаргаж авсан оптик давтамжийн самнууд
3. Хийн лазерууд
·Хийн лазерт оптик шахах: Шүлтлэг уурын лазер гэх мэт зарим төрлийн хийн лазерууд нь оптик шахах аргыг ашигладаг. Эдгээр лазеруудыг ихэвчлэн тодорхой шинж чанартай когерент гэрлийн эх үүсвэр шаардлагатай хэрэглээнд ашигладаг.
Оптик шахуургын эх үүсвэрүүд
Гаралтын чийдэнЛампаар шахдаг лазеруудад түгээмэл байдаг цэнэг алдалтын чийдэнг өндөр чадалтай, өргөн хүрээтэй спектрийн зориулалтаар ашигладаг. YA Мандрыко нар хатуу төлөвт лазерын идэвхтэй орчинд оптик шахах ксенон чийдэнгийн импульсийн нуман цэнэг алдалтын үүсэлтийн чадлын загварыг боловсруулсан. Энэхүү загвар нь импульсийн шахах чийдэнгийн гүйцэтгэлийг оновчтой болгоход тусалдаг бөгөөд энэ нь лазерын үр ашигтай ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Лазер диодууд:Диодоор шахдаг лазерт ашигладаг лазер диодууд нь өндөр үр ашигтай, авсаархан хэмжээ, нарийн тохируулга хийх чадвар зэрэг давуу талуудыг санал болгодог.
Цааш нь унших:лазер диод гэж юу вэ?
Гэрэл чийдэнГэрэл чийдэн нь бадмаараг эсвэл Nd:YAG лазер гэх мэт хатуу төлөвт лазеруудыг шахахад түгээмэл хэрэглэгддэг эрчимтэй, өргөн хүрээтэй гэрлийн эх үүсвэрүүд юм. Эдгээр нь лазер орчныг өдөөдөг өндөр эрчимтэй гэрлийн тэсрэлтийг бий болгодог.
Нуман чийдэн: Гэрэл чийдэнтэй төстэй боловч тасралтгүй ажиллах зориулалттай нуман чийдэн нь эрчимтэй гэрлийн тогтвортой эх үүсвэрийг санал болгодог. Эдгээрийг тасралтгүй долгионы (CW) лазерын ажиллагаа шаардлагатай хэрэглээнд ашигладаг.
LED (Гэрэл ялгаруулдаг диод)Лазер диод шиг түгээмэл биш боловч LED-ийг зарим бага чадлын хэрэглээнд оптик шахуургад ашиглаж болно. Эдгээр нь урт хугацааны ашиглалтын хугацаа, хямд өртөг, янз бүрийн долгионы уртад ашиглах боломжтой тул давуу талтай.
Нарны гэрэлЗарим туршилтын тохиргоонд төвлөрсөн нарны гэрлийг нарны эрчим хүчээр ажилладаг лазерын шахуургын эх үүсвэр болгон ашиглаж ирсэн. Энэ арга нь нарны эрчим хүчийг ашигладаг бөгөөд хиймэл гэрлийн эх үүсвэртэй харьцуулахад хяналт багатай, эрчим багатай боловч сэргээгдэх, зардал багатай эх үүсвэр болгодог.
Шилэн холболттой лазер диодуудЭдгээр нь оптик шилэн кабельд холбогдсон лазер диодууд бөгөөд насосны гэрлийг лазер орчинд илүү үр дүнтэй хүргэдэг. Энэ арга нь шилэн кабель лазер болон насосны гэрлийг нарийн хүргэх нь чухал нөхцөлд онцгой ашигтай байдаг.
Бусад лазеруудЗаримдаа нэг лазерыг нөгөө лазерыг шахахад ашигладаг. Жишээлбэл, давтамж хоёр дахин нэмэгдсэн Nd: YAG лазерыг будагч лазерыг шахахад ашиглаж болно. Энэ аргыг ихэвчлэн уламжлалт гэрлийн эх үүсвэрээр хялбархан хийж чадахгүй шахах процесст тодорхой долгионы урт шаардлагатай үед ашигладаг.
Диодоор шахдаг хатуу төлөвт лазер
Анхны эрчим хүчний эх үүсвэр: Энэ үйл явц нь шахуургын эх үүсвэр болдог диод лазераас эхэлдэг. Диод лазеруудыг үр ашиг, авсаархан хэмжээ, тодорхой долгионы уртад гэрэл цацруулах чадвараар нь сонгодог.
Насосны гэрэл:Диод лазер нь хатуу төлөвт олшруулах орчинд шингэсэн гэрлийг ялгаруулдаг. Диод лазерын долгионы уртыг олшруулах орчны шингээлтийн шинж чанаруудтай тохирч тохируулдаг.
Хатуу төлөвтДунд зэргийн өсөлт
Материал:DPSS лазерын олшруулалтын орчин нь ихэвчлэн Nd:YAG (Неодимоор холбосон Иттрий хөнгөн цагаан анар), Nd:YVO4 (Неодимоор холбосон Иттрий Ортованадат), эсвэл Yb:YAG (Иттербийгээр холбосон Иттрий хөнгөн цагаан анар) гэх мэт хатуу төлөвт материал юм.
Допинг:Эдгээр материалыг идэвхтэй лазер ионууд болох ховор шороон ионууд (Nd эсвэл Yb гэх мэт)-аар хольсон.
Эрчим хүч шингээлт ба өдөөлт:Диод лазераас гарч буй шахуургын гэрэл олшруулах орчинд ороход ховор шороон ионууд энэ энергийг шингээж, илүү өндөр энергийн төлөвт хөөрөлддөг.
Хүн амын инверсия
Хүн амын инверсийг хэрэгжүүлэх нь:Лазерын үйлчлэлийн гол түлхүүр нь олшруулагч орчинд популяцийн инверсийг бий болгох явдал юм. Энэ нь үндсэн төлөвөөс илүү их ионууд өдөөгдсөн төлөвт байна гэсэн үг юм.
Өдөөгдсөн ялгаруулалт:Популяцийн инверсийг хийсний дараа өдөөгдсөн болон үндсэн төлөвүүдийн хоорондох энергийн зөрүүтэй тохирох фотоныг нэвтрүүлснээр өдөөгдсөн ионуудыг үндсэн төлөв рүү буцаж ороход түлхэц өгч, энэ үйл явцад фотон ялгаруулж болно.
Оптик резонатор
Толь: Өсгөгч орчинг оптик резонаторын дотор байрлуулдаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн орчны төгсгөл бүрт хоёр тольноос бүрддэг.
Санал хүсэлт ба олшруулалт: Нэг толин тусгал нь маш сайн тусгалтай, нөгөө нь хэсэгчлэн тусгалтай. Фотонууд эдгээр толинуудын хооронд нааш цааш ойж, илүү их ялгаралтыг өдөөж, гэрлийг олшруулдаг.
Лазерын ялгаруулалт
Когерент гэрэл: Ялгарч буй фотонууд нь когерент, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь фазад байрладаг бөгөөд ижил долгионы урттай байдаг.
Гаралт: Хагас тусгалтай толь нь энэхүү гэрлийн зарим хэсгийг нэвтрүүлж, DPSS лазераас гарч буй лазер туяаг үүсгэдэг.
Шахах геометр: Хажуугийн болон төгсгөлийн шахалт
| Шахах арга | Тайлбар | Аппликейшнүүд | Давуу талууд | Сорилтууд |
|---|---|---|---|---|
| Хажуугийн шахуурга | Лазер орчинд перпендикуляр нэвтрүүлсэн насосны гэрэл | Саваа эсвэл шилэн лазер | Өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд тохиромжтой, насосны гэрлийн жигд тархалттай | Олшруулалтын жигд бус тархалт, цацрагийн чанар бага |
| Шахалтын төгсгөл | Лазер туяатай ижил тэнхлэгийн дагуу чиглэсэн насосны гэрэл | Nd:YAG гэх мэт хатуу төлөвт лазерууд | Жигд олшруулалтын тархалт, илүү өндөр цацрагийн чанар | Өндөр хүчин чадалтай лазеруудад нарийн төвөгтэй тохируулга, дулаан тархалт бага үр ашигтай |
Үр дүнтэй насосны гэрлийн шаардлага
| Шаардлага | Чухал ач холбогдол | Нөлөөлөл/Тэнцвэр | Нэмэлт тэмдэглэл |
|---|---|---|---|
| Спектрийн тохиромжтой байдал | Долгионы урт нь лазер орчны шингээлтийн спектртэй тохирч байх ёстой | Үр ашигтай шингээлт болон үр дүнтэй популяцийн инверсийг баталгаажуулдаг | - |
| Эрчимт байдал | Хүссэн өдөөлтийн түвшинд хүрэхэд хангалттай өндөр байх ёстой | Хэт өндөр эрчим нь дулааны гэмтэл учруулж болзошгүй; хэт бага эрчим нь популяцийн инверсийг бий болгохгүй | - |
| Цацрагийн чанар | Ялангуяа төгсгөлийн шахуургын лазеруудад маш чухал ач холбогдолтой | Үр ашигтай холболтыг хангаж, ялгарч буй лазер туяаны чанарт хувь нэмэр оруулна | Өндөр цацрагийн чанар нь насосны гэрэл болон лазер горимын эзэлхүүнийг нарийн давхцуулахад чухал үүрэгтэй |
| Туйлшрал | Анизотроп шинж чанартай орчинд шаардлагатай | Шингээлтийн үр ашгийг нэмэгдүүлж, ялгарч буй лазер гэрлийн туйлшралд нөлөөлж болно | Тодорхой туйлшралын төлөв шаардлагатай байж болно |
| Эрчимт дуу чимээ | Дуу чимээний түвшин бага байх нь чухал юм | Шахуургын гэрлийн эрчим дэх хэлбэлзэл нь лазерын гаралтын чанар болон тогтвортой байдалд нөлөөлж болно | Өндөр тогтвортой байдал, нарийвчлал шаарддаг програмуудад чухал ач холбогдолтой |
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 12-р сарын 1