Ile jest generatorów laserowych? (Część 1)

Jak wynika z analizy zasadygeneracja lasera, wiadomo, że laser znajduje się pod działaniem „źródła wzbudzenia”, liczba elektronów wysokiego poziomu atomu wzrasta, a przejście na poziom niski po bardzo krótkim czasie przebywania, a laser jest emitowany w tym samym czasie. Nietrudno wiedzieć, że musi być bardzo wiele atomów materii, które pod wpływem działania „źródła wzbudzenia” mogą emitować światło laserowe.

Z grubsza rzecz biorąc, aby stworzyć generator laserowy, potrzebne są cztery elementy:

① Wybierz medium robocze do wygenerowania lasera. Może to być gaz, ciecz, ciało stałe lub półprzewodnik, o ile w ośrodku można osiągnąć inwersję populacji cząstek, można uzyskać laser.

② Ważne jest, aby wybrać „motywator”. „Źródło wzbudzenia” powoduje, że elektrony niskiego poziomu ośrodka skutecznie przechodzą na wysoki poziom, osiągając tzw. odwrócenie liczby elektronów. Metodę wyładowania gazowego można zastosować do wykorzystania elektronów o energii kinetycznej do wzbudzenia atomów dielektrycznych, co nazywa się wzbudzeniem elektrycznym; Pulsacyjne źródło światła można również wykorzystać do napromieniowania czynnika roboczego, co nazywa się wzbudzeniem światła; Istnieją zachęty termiczne, zachęty chemiczne i tak dalej. Różne tryby wzbudzenia są wizualizowane jako pompowanie lub pompowanie. Celem „pompowania” jest zwiększenie liczby cząstek na wysokim poziomie energii w porównaniu z niskim poziomem energii.

③ Ważne jest również zbudowanie rezonatora. Ponieważ intensywność lasera generowana przez „pompę” jest bardzo słaba i nie może być zastosowana w praktyce, słaby laser należy zrezonować z laserem, aby laser wyjściowy został wzmocniony do stopnia praktycznego zastosowania.

④ Lasery wysokoenergetyczne wymagają systemów chłodzenia. Ze względu na silne światło wewnątrz rezonatora, rezonator wymaga chłodzenia.

W zależności od medium roboczego lasera istnieją lasery stałe, lasery gazowe, lasery półprzewodnikowe, lasery chemiczne, a teraz istnieje „przezroczysty laser ceramiczny”.

W zależności od trybu wyjściowego lasera istnieją lasery ciągłe i lasery impulsowe.

Wskaźniki wydajności lasera skupiają się głównie na następujących aspektach: Po pierwsze, zakres częstotliwości wiązki laserowej, ponieważ laser może wykonać „źródło wzbudzenia”, ale może także wykonać analizę widma źródła światła, dlatego konieczna jest znajomość widmo lasera; Druga to moc wiązki lasera, zwłaszcza moc maksymalna, ponieważ wielkość mocy wyznacza zakres zastosowania lasera; Trzeci to obszar napromieniania koncentracji energii wiązki laserowej, ponieważ obszar napromieniania jest różny w różnych zastosowaniach.

Ⅰ. Lasery na ciele stałym

Lasery mogą być wykonane z wielu materiałów stałych. W szczególności metodami syntetycznymi w procesie wytwarzania ceramiki można wytworzyć kryształy zawierające różne składniki, zwane „przezroczystym ceramicznym ośrodkiem laserowym”. Obecnie laser wykonany ze sztucznych kryształów jest bardzo wygodny i praktyczny. Oto trzy popularne lasery na ciele stałym.

1. Laser rubinowy

Pierwszym laserem był laser rubinowy. W lipcu 1960 roku Maimanowi udało się skonstruować pierwszy na świecie laser rubinowy, zaświecił światłem błysku w kryształ rubinu, tworząc spójną, impulsową wiązkę lasera, co zszokowało świat i zapoczątkowało boom w rozwoju laserów.

Analiza pokazuje, że rubin jest kryształem, a jego matrycą jest Al2O3 (tlenek glinu), który zawiera 0,03-0,4 procent (stosunek wagowy) Cr2O3 (trójtlenek chromu), więc można go prasować z tych materiałów formowanie proszkowe, spiekanie próżniowe można wyprodukować sztuczny kryształ rubinu, przy doskonałej wydajności lasera do produkcji sztucznego pręta rubinowego, szeroko stosowanego. Ten rodzaj ośrodka laserowego również został w pełni zbadany; W szczególności „źródło pompy” wykorzystuje silną pulsacyjną lampę ksenonową; Rezonator jest nadal stary, na obu końcach lasera, naprzeciwko siebie za pomocą dwóch luster o wysokim współczynniku odbicia, jedno prawie całkowicie odbije laser do ośrodka roboczego, aby wziąć udział w rezonansie, drugie odbije większość światła z powrotem do rezonansu i pozwól, aby niewielka ilość lasera była emitowana przez lustro, emitowany jest silny laser, jest używany w praktycznym laserze.

Obecnie energia wyjściowa lasera rubinowego może mieć różne poziomy, aż do tysięcy dżuli.

2. Laser kryształowy z granatem itrowo-aluminiowym domieszkowanym neodymem

Kryształ granatu itrowo-aluminiowego domieszkowany neodymem składa się z itru (Y2O3) i aluminium (Al2O3) zgodnie ze stosunkiem włączania 3:5 (Nd2O3), formowaniem przez prasowanie, spiekaniem kryształów w próżni w temperaturze 1700 stopni, często stosowanym w bliskiej i dalekiej podczerwieni lasery na ciele stałym, doskonała wydajność. Jako pompujące źródło światła stosuje się ciągłą lampę kryptonową lub lampę z jodkiem wolframu, która jest dokładnie dopasowana do pasma absorpcji 3-wartościowego jonu Nd. Lasery z granatem itrowo-aluminiowym domieszkowanym neodymem mogą mieć dziesiątki do setek watów i mogą również wytwarzać dużą moc.

3. Laser szklany Nd

Neodym jest włączany do wysokiej czystości szkła krzemianowego jako podłoże, a to szkło neodymowe służy do wytwarzania laserów. Fosforan jest również używany jako podłoże do włączania neodymu.

Lasery ze szkła neodymowego działają podobnie do powyższych laserów kryształowych.

Lasery ze szkła neodymowego małej mocy są skutecznie wykorzystywane do komunikacji światłowodowej, a dwie najbardziej krytyczne technologie dla rozwoju komunikacji światłowodowej to modulacja sygnałów optycznych za pomocą laserów półprzewodnikowych oraz wykorzystanie laserów ze szkła neodymowego jako wzmacniaków (patrz popularnonaukowe seria artykułów nr 61). Światło sygnalizacyjne jest wzmacniane przez wzmacniaki, a sygnały optyczne mogą być przesyłane na duże odległości.

Lasery ze szkła neodymowego o dużej mocy są również łatwe do wykonania. Ponieważ jednorodność optyczna szkła neodymowego jest dobra, łatwo jest przygotować materiał o dużej objętości, który jest łatwiejszy w obróbce niż kryształy, a koszt produkcji szkła neodymowego jest bardzo niski. Im większa objętość pręta ze szkła neodymowego, tym wyższa wyjściowa energia lasera; Dlatego w praktyce preferowanymi laserami na ciele stałym są lasery ze szkła neodymowego, które mogą mieć małą lub dużą moc.

W eksperymentach z syntezą jądrową stosowano lasery ze szkła neodymowego o dużej mocy. W 1974 r. Szanghajski Instytut Maszyn Optycznych z powodzeniem opracował sześć systemów laserów ze szkła neodymowego o dużej mocy i mocy na poziomie nanosekund 100000 megawatów, w ramach których z powodzeniem zrealizowano wykorzystanie lasera do generowania plazmy o wysokiej temperaturze i dużej gęstości. wnosząc wielki wkład w urządzenie do „zapłonu” syntezy jądrowej.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakiś pomysł, nie wahaj się z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.