Bir lazerin temel çalışma prensibi (Uyarılmış Radyasyon Emisyonuyla Işık Amplifikasyonu), ışığın uyarılmış emisyonu olgusuna dayanmaktadır. Lazerler, bir dizi hassas tasarım ve yapı sayesinde yüksek tutarlılığa, tek renkliliğe ve parlaklığa sahip ışınlar üretir. Lazerler, iletişim, tıp, üretim, ölçüm ve bilimsel araştırma gibi alanlar da dahil olmak üzere modern teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek verimlilikleri ve hassas kontrol özellikleri onları birçok teknolojinin temel bileşeni haline getiriyor. Aşağıda lazerlerin çalışma prensipleri ve farklı lazer türlerinin mekanizmaları detaylı bir şekilde anlatılmaktadır.
1. Uyarılmış Emisyon
Uyarılmış emisyonlazer üretiminin ardındaki temel prensiptir ve ilk kez 1917'de Einstein tarafından öne sürülmüştür. Bu olgu, ışık ve uyarılmış hal maddesi arasındaki etkileşim yoluyla nasıl daha tutarlı fotonların üretildiğini açıklamaktadır. Uyarılmış emisyonu daha iyi anlamak için kendiliğinden emisyonla başlayalım:
Kendiliğinden Emisyon: Atomlarda, moleküllerde veya diğer mikroskobik parçacıklarda elektronlar, harici enerjiyi (elektrik veya optik enerji gibi) emebilir ve uyarılmış durum olarak bilinen daha yüksek bir enerji seviyesine geçebilir. Ancak uyarılmış durumdaki elektronlar kararsızdır ve kısa bir süre sonra en sonunda temel durum olarak bilinen daha düşük bir enerji düzeyine geri dönerler. Bu işlem sırasında elektron, kendiliğinden emisyon olan bir foton salar. Bu tür fotonlar frekans, faz ve yön açısından rastgeledir ve dolayısıyla tutarlılıktan yoksundur.
Uyarılmış Emisyon: Uyarılmış emisyonun anahtarı, uyarılmış durumdaki bir elektronun, geçiş enerjisiyle eşleşen bir enerjiye sahip bir fotonla karşılaştığında, fotonun, yeni bir foton salarak elektronun temel duruma geri dönmesini sağlayabilmesidir. Yeni foton, frekans, faz ve yayılma yönü açısından orijinal fotonla aynıdır ve tutarlı ışıkla sonuçlanır. Bu olay fotonların sayısını ve enerjisini önemli ölçüde artırır ve lazerlerin temel mekanizmasıdır.
Uyarılmış Emisyonun Olumlu Geri Bildirim Etkisi: Lazerlerin tasarımında uyarılmış emisyon süreci birçok kez tekrarlanır ve bu pozitif geri besleme etkisi, foton sayısını katlanarak artırabilir. Rezonans boşluğunun yardımıyla fotonların tutarlılığı korunur ve ışık ışınının yoğunluğu sürekli olarak artırılır.
2. Ortam Kazanın
orta kazançfotonların amplifikasyonunu ve lazer çıkışını belirleyen lazerdeki çekirdek malzemedir. Uyarılmış emisyonun fiziksel temelidir ve özellikleri lazerin frekansını, dalga boyunu ve çıkış gücünü belirler. Kazanç ortamının türü ve özellikleri lazerin uygulamasını ve performansını doğrudan etkiler.
Uyarma Mekanizması: Kazanç ortamındaki elektronların harici bir enerji kaynağı tarafından daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılması gerekir. Bu işlem genellikle harici enerji besleme sistemleriyle gerçekleştirilir. Yaygın uyarma mekanizmaları şunları içerir:
Elektrikli Pompalama: Elektrik akımı uygulanarak kazanç ortamındaki elektronların uyarılması.
Optik Pompalama: Ortamın bir ışık kaynağıyla (flaş lambası veya başka bir lazer gibi) uyarılması.
Enerji Seviyeleri Sistemi: Kazanç ortamındaki elektronlar tipik olarak belirli enerji seviyelerine dağıtılır. En yaygın olanlarıiki seviyeli sistemlerVedört seviyeli sistemler. Basit iki seviyeli bir sistemde elektronlar temel durumdan uyarılmış duruma geçer ve daha sonra uyarılmış emisyon yoluyla temel duruma geri döner. Dört seviyeli bir sistemde elektronlar, farklı enerji seviyeleri arasında daha karmaşık geçişlere maruz kalır ve bu genellikle daha yüksek verimlilikle sonuçlanır.
Kazanç Ortamı Türleri:
Gaz Kazanımı Ortamı: Örneğin helyum-neon (He-Ne) lazerler. Gaz kazançlı ortamlar, kararlı çıktıları ve sabit dalga boylarıyla bilinir ve laboratuvarlarda standart ışık kaynakları olarak yaygın şekilde kullanılır.
Sıvı Kazanımı Ortamı: Örneğin boya lazerleri. Boya molekülleri farklı dalga boylarında iyi uyarılma özelliklerine sahiptir ve bu da onları ayarlanabilir lazerler için ideal kılar.
Katı Kazanç Ortamı: Örneğin Nd(neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet) lazerler. Bu lazerler oldukça verimli ve güçlüdür ve endüstriyel kesme, kaynaklama ve tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yarı İletken Kazanç Ortamı: Örneğin galyum arsenit (GaAs) malzemeleri iletişimde ve lazer diyotlar gibi optoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Rezonatör Boşluğu
rezonatör boşluğugeri besleme ve amplifikasyon için kullanılan lazerdeki yapısal bir bileşendir. Temel işlevi, uyarılmış emisyon yoluyla üretilen fotonların sayısını, bunları boşluk içinde yansıtarak ve güçlendirerek arttırmak, böylece güçlü ve odaklanmış bir lazer çıkışı oluşturmaktır.
Rezonatör Boşluğunun Yapısı: Genellikle iki paralel aynadan oluşur. Bunlardan biri, tamamen yansıtıcı bir aynadır.dikiz aynasıdiğeri ise kısmen yansıtıcı bir aynadır.çıkış aynası. Fotonlar boşluk içinde ileri geri yansır ve kazanç ortamıyla etkileşim yoluyla güçlendirilir.
Rezonans Durumu: Rezonatör boşluğunun tasarımı, fotonların boşluk içinde duran dalgalar oluşturmasının sağlanması gibi belirli koşulları karşılamalıdır. Bu, boşluk uzunluğunun lazer dalga boyunun katı olmasını gerektirir. Yalnızca bu koşulları karşılayan ışık dalgaları boşluğun içinde etkili bir şekilde yükseltilebilir.
Çıkış Kirişi: Kısmen yansıtıcı ayna, güçlendirilmiş ışık ışınının bir kısmının geçmesine izin vererek lazerin çıkış ışınını oluşturur. Bu ışının yüksek yönlülüğü, tutarlılığı ve tek renkliliği vardır..
Daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız veya lazerlerle ilgileniyorsanız, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin:
Lumispot
Adres: Bina 4 #, No.99 Furong 3. Yol, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Çin
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web sitesi: www.lumispot-tech.com
Gönderim zamanı: 18 Eylül 2024