Лазер дахь оптик шахуурга гэж юу вэ?

Манай сошиал сүлжээнд бүртгүүлээрэй

Үндсэндээ лазер шахах нь лазерын гэрлийг ялгаруулах төлөвт хүрэхийн тулд орчинг идэвхжүүлэх үйл явц юм. Энэ нь ихэвчлэн орчинд гэрэл эсвэл цахилгаан гүйдэл шахаж, атомуудыг нь өдөөж, уялдаа холбоотой гэрэл ялгаруулах замаар хийгддэг. Энэхүү суурь үйл явц нь 20-р зууны дунд үед анхны лазер гарч ирснээс хойш ихээхэн өөрчлөгдсөн.

Ихэнхдээ хурдны тэгшитгэлээр загварчлагдсан боловч лазер шахах нь үндсэндээ квант механик процесс юм. Энэ нь фотонуудын хоорондын нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэл ба олз орчны атом эсвэл молекулын бүтэцтэй холбоотой. Нарийвчилсан загварууд нь эдгээр харилцан үйлчлэлийн талаар илүү нарийн ойлголт өгдөг Раби хэлбэлзэл гэх мэт үзэгдлийг авч үздэг.

Лазер шахах гэдэг нь атом эсвэл молекулыг илүү өндөр энергитэй болгохын тулд ихэвчлэн гэрэл эсвэл цахилгаан гүйдэл хэлбэрээр энергийг лазерын өсгөгч орчинд нийлүүлдэг процесс юм. Энэхүү эрчим хүчний дамжуулалт нь популяцийн урвуу байдалд хүрэхэд маш чухал бөгөөд бага энергитэй байхаас илүү их бөөмс өдөөгдөж, өдөөгдсөн ялгаралтаар дамжуулан гэрлийг өсгөх боломжийг олгодог. Уг процесс нь нарийн төвөгтэй квант харилцан үйлчлэлийг агуулдаг бөгөөд ихэвчлэн хурдны тэгшитгэл эсвэл илүү дэвшилтэт квант механик тогтолцоогоор загварчлагдсан байдаг. Гол талууд нь насосны эх үүсвэрийг сонгох (лазер диод эсвэл цэнэглэх чийдэн гэх мэт), насосны геометр (хажуугийн эсвэл төгсгөлийн шахуурга), насосны гэрлийн шинж чанарыг оновчтой болгох (спектр, эрчим, цацрагийн чанар, туйлшрал) нь насосны тусгай шаардлагад нийцүүлэх явдал юм. дундаж олз. Лазер шахах нь хатуу төлөвт, хагас дамжуулагч, хийн лазер зэрэг янз бүрийн лазерын төрөлд чухал ач холбогдолтой бөгөөд лазерыг үр ашигтай, үр дүнтэй ажиллуулахад зайлшгүй шаардлагатай.

Оптик шахдаг лазерын төрөл зүйл

 

1. Нэмэлт тусгаарлагчтай хатуу төлөвт лазер

· Тойм:Эдгээр лазерууд нь цахилгаан тусгаарлагч орчинг ашигладаг бөгөөд лазерын идэвхтэй ионуудыг идэвхжүүлэхийн тулд оптик шахуургад тулгуурладаг. Энгийн жишээ бол YAG лазер дахь неодим юм.

·Сүүлийн үеийн судалгаа:А.Антипов нарын судалгаа. эргэх солилцооны оптик шахах зориулалттай хатуу төлөвт ойрын IR лазерын талаар ярилцав. Энэхүү судалгаа нь хатуу төлөвт лазерын технологи, ялангуяа эмнэлгийн дүрслэл, харилцаа холбоо зэрэг хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой хэт улаан туяаны спектрийн дэвшлийг онцолж байна.

Цааш унших:Спин-солилцооны оптик шахах зориулалттай хатуу төлөвт ойрын IR лазер

2. Хагас дамжуулагч лазер

·Ерөнхий мэдээлэл: Ихэвчлэн цахилгаанаар шахдаг, хагас дамжуулагч лазерууд нь оптик шахуурга, ялангуяа босоо гадаад хөндий гадаргуу ялгаруулах лазер (VECSELs) гэх мэт өндөр гэрэлтүүлэг шаардсан хэрэглээнд ашиг тустай байдаг.

·Сүүлийн үеийн хөгжил: У.Келлерийн хэт хурдан хатуу төлөвт болон хагас дамжуулагч лазерын оптик давтамжийн самнуудын талаар хийсэн ажил нь диодоор шахагдсан 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 лазерын оптик давтамжийн самнууд

3. Хийн лазер

·Хийн лазер дахь оптик шахах: Шүлтлэг уурын лазер гэх мэт зарим төрлийн хийн лазерууд нь оптик шахалтыг ашигладаг. Эдгээр лазеруудыг ихэвчлэн тодорхой шинж чанартай уялдаатай гэрлийн эх үүсвэр шаарддаг хэрэглээнд ашигладаг.

 

 

Оптик шахах эх сурвалжууд

Цэнэглэх чийдэн: Дэнлүүний шахуургатай лазеруудад түгээмэл байдаг бөгөөд цэнэггүй чийдэнг өндөр хүч чадал, өргөн хүрээний спектрийн хувьд ашигладаг. YA Mandryko нар. хатуу төлөвт лазерын ксенон чийдэнгийн оптик шахуургын идэвхтэй орчинд импульсийн нуман цэнэг үүсгэх эрчим хүчний загварыг боловсруулсан. Энэхүү загвар нь лазерын үр ашигтай ажиллахад чухал ач холбогдолтой импульс шахах чийдэнгийн ажиллагааг оновчтой болгоход тусалдаг.

Лазер диодууд:Диодоор шахдаг лазеруудад ашигладаг лазер диодууд нь өндөр үр ашигтай, авсаархан хэмжээтэй, нарийн тааруулах чадвар зэрэг давуу талтай.

Цааш унших:лазер диод гэж юу вэ?

Флэш чийдэн: Флэш чийдэн нь бадмаараг эсвэл Nd:YAG лазер зэрэг хатуу төлөвт лазерыг шахахад ихэвчлэн ашиглагддаг эрчимтэй, өргөн хүрээний гэрлийн эх үүсвэр юм. Эдгээр нь лазерын орчинг өдөөдөг өндөр эрчимтэй гэрлийг өгдөг.

Нуман чийдэн: Гэрлийн чийдэнтэй адил боловч тасралтгүй ажиллах зориулалттай нуман чийдэн нь хүчтэй гэрлийн байнгын эх үүсвэрийг санал болгодог. Тэдгээрийг тасралтгүй долгион (CW) лазерын ажиллагаа шаардлагатай тохиолдолд ашигладаг.

LED (гэрэл ялгаруулах диод): Лазер диод шиг түгээмэл биш ч гэсэн LED-ийг зарим бага чадалтай хэрэглээнд оптик шахахад ашиглаж болно. Тэдгээр нь урт наслалт, хямд өртөгтэй, янз бүрийн долгионы урттай байдаг тул давуу талтай.

Нарны гэрэл: Зарим туршилтын байгууламжид нарны эрчим хүчээр ажилладаг лазерын насосны эх үүсвэр болгон нарны төвлөрсөн гэрлийг ашигласан. Энэ арга нь нарны эрчим хүчийг ашигладаг бөгөөд үүнийг сэргээгдэх, зардал багатай эх үүсвэр болгодог боловч хиймэл гэрлийн эх үүсвэртэй харьцуулахад хяналт багатай, эрчим хүч бага байдаг.

Шилэн холболттой лазер диодууд: Эдгээр нь оптик утастай холбосон лазер диод бөгөөд насосны гэрлийг лазер орчинд илүү үр дүнтэй хүргэдэг. Энэ арга нь шилэн лазер болон насосны гэрлийг нарийн хүргэх нь чухал байдаг нөхцөлд ялангуяа ашигтай байдаг.

Бусад лазерууд: Заримдаа нэг лазерыг нөгөөг нь шахахад ашигладаг. Жишээлбэл, давтамж хоёр дахин нэмэгдсэн Nd: YAG лазерыг будагч лазер шахахад ашиглаж болно. Энэ аргыг ердийн гэрлийн эх үүсвэрээр тийм ч хялбар биш шахах үйл явцад тодорхой долгионы урт шаардлагатай үед ихэвчлэн ашигладаг. 

 

Диодоор шахдаг хатуу төлөвт лазер

Эрчим хүчний анхны эх үүсвэр: Уг процесс нь насосны эх үүсвэр болох диодын лазераас эхэлдэг. Диодын лазерыг үр ашигтай, авсаархан хэмжээтэй, тодорхой долгионы урттай гэрлийг ялгаруулах чадвараар нь сонгодог.

Насосны гэрэл:Диодын лазер нь хатуу төлөвт оршдог орчинд шингэсэн гэрлийг ялгаруулдаг. Диодын лазерын долгионы уртыг олз авах орчны шингээлтийн шинж чанарт тохируулан тохируулна.

Хатуу төлөвДунд зэргийн өсөлт

Материал:DPSS лазерын олдоцын орчин нь ихэвчлэн Nd:YAG (неодим агуулсан итриум хөнгөн цагаан анар), Nd:YVO4 (неодимээр баяжуулсан йттриум ортованадат) эсвэл Yb:YAG (итербиээр нэмэлттэй Итриум хөнгөн цагаан анар) зэрэг хатуу төлөвт материал юм.

Допинг:Эдгээр материалууд нь идэвхтэй лазерын ионууд болох газрын ховор ионууд (Nd эсвэл Yb гэх мэт) -ээр дүүргэгдсэн байдаг.

 

Эрчим хүчний шингээлт ба өдөөлт:Диодын лазерын шахуургын гэрэл нь өсгөлтийн орчинд ороход газрын ховор ионууд энэ энергийг шингээж, илүү өндөр энергийн төлөвт өдөөгддөг.

Популяцийн урвуу байдал

Хүн амын урвуу байдалд хүрэх нь:Лазерын үйл ажиллагааны гол түлхүүр нь олз орчинд популяцийн урвуу байдалд хүрэх явдал юм. Энэ нь үндсэн төлөвөөс илүү их ионууд өдөөгдсөн төлөвт байна гэсэн үг юм.

Өдөөгдсөн ялгаруулалт:Популяцийн урвуу байдалд хүрмэгц өдөөгдсөн болон үндсэн төлөвийн хоорондох энергийн зөрүүтэй тохирох фотоныг нэвтрүүлэх нь өдөөгдсөн ионуудыг үндсэн төлөв рүү буцаан өдөөж, үйл явцад фотон ялгаруулдаг.

 

Оптик резонатор

Толин тусгалууд: Олж авах орчин нь оптик резонатор дотор байрладаг бөгөөд ихэвчлэн дунд хэсгийн төгсгөлд хоёр толиноос бүрддэг.

Санал хүсэлт ба олшруулалт: Толин тусгалуудын нэг нь өндөр тусгалтай, нөгөө нь хэсэгчлэн тусдаг. Фотонууд эдгээр тольны хооронд нааш цааш эргэлдэж, илүү их ялгаруулалтыг өдөөж, гэрлийг нэмэгдүүлнэ.

 

Лазер ялгаруулалт

Когерент гэрэл: ялгаруулж буй фотонууд нь когерент, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь фаз болон ижил долгионы урттай байна.

Гаралт: Хэсэгчилсэн тусгалтай толин тусгал нь энэ гэрлийн зарим хэсгийг дамжуулж, DPSS лазераас гарах лазер туяа үүсгэдэг.

 

Ус шахах геометрүүд: Хажуугийн ба төгсгөлийн шахуурга

 

Ус шахах арга Тодорхойлолт Хэрэглээ Давуу тал Сорилтууд
Хажуугийн шахуурга Лазер орчинд перпендикуляраар нэвтрүүлсэн насосны гэрэл Саваа эсвэл шилэн лазер Насосны гэрлийн жигд хуваарилалт, өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд тохиромжтой Олжны жигд бус хуваарилалт, цацрагийн чанар бага
Ус шахах ажлыг дуусгах Лазер туяатай ижил тэнхлэгийн дагуу чиглэсэн насосны гэрэл Nd:YAG шиг хатуу төлөвт лазерууд Олжийн жигд хуваарилалт, илүү өндөр цацрагийн чанар Нарийн төвөгтэй тохируулга, өндөр хүчин чадалтай лазерын үр ашиг багатай дулаан ялгаруулалт

Үр дүнтэй насосны гэрэлд тавигдах шаардлага

 

Шаардлага Ач холбогдол Нөлөөлөл/Тэнцвэр Нэмэлт тэмдэглэл
Спектрийн тохиромжтой байдал Долгионы урт нь лазер орчны шингээлтийн спектртэй тохирч байх ёстой Үр дүнтэй шингээлт ба популяцийн урвуу үр дүнтэй байдлыг хангана -
Эрчим хүч Хүссэн өдөөх түвшинд хангалттай өндөр байх ёстой Хэт их эрчимжилт нь дулааны гэмтэл учруулж болзошгүй; хэт бага нь популяцийн урвуу байдалд хүрэхгүй -
Цацрагийн чанар Эцсийн шахуургатай лазеруудад онцгой ач холбогдолтой Үр ашигтай холболтыг баталгаажуулж, ялгарах лазер туяаны чанарт хувь нэмэр оруулдаг Өндөр цацрагийн чанар нь насосны гэрэл болон лазер горимын эзлэхүүнийг нарийн давхцахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг
Туйлшрал Анизотроп шинж чанартай хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэлд шаардлагатай Шингээлтийн үр ашгийг дээшлүүлж, ялгарах лазерын гэрлийн туйлшралд нөлөөлдөг Тодорхой туйлшралын төлөв шаардлагатай байж болно
Дуу чимээний эрчим Дуу чимээ багатай түвшин маш чухал Насосны гэрлийн эрчмийн хэлбэлзэл нь лазерын гаралтын чанар, тогтвортой байдалд нөлөөлдөг Өндөр тогтвортой байдал, нарийвчлал шаарддаг програмуудад чухал ач холбогдолтой
Холбогдох лазер програм
Холбоотой бүтээгдэхүүн

Шуудангийн цаг: 2023-12-01