Lazerlerin (Işık Amplifikasyonu ile Uyarılmış Radyasyon Emisyonu) temel çalışma prensibi, uyarılmış ışık emisyonu olgusuna dayanır. Bir dizi hassas tasarım ve yapı sayesinde lazerler, yüksek tutarlılık, tek renklilik ve parlaklıkta ışınlar üretir. Lazerler, iletişim, tıp, imalat, 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 getirir. Aşağıda, lazerlerin çalışma prensipleri ve farklı lazer türlerinin mekanizmaları hakkında ayrıntılı bir açıklama bulunmaktadır.
1. Uyarılmış Emisyon
Uyarılmış emisyonLazer üretiminin ardındaki temel prensip, ilk olarak 1917'de Einstein tarafından ortaya atılmıştır. Bu olgu, ışık ve uyarılmış haldeki madde arasındaki etkileşim yoluyla daha tutarlı fotonların nasıl üretildiğini açıklar. Uyarılmış emisyonu daha iyi anlamak için, kendiliğinden emisyonla başlayalım:
Kendiliğinden EmisyonAtomlarda, moleküllerde veya diğer mikroskobik parçacıklarda, elektronlar dış enerjiyi (elektriksel veya optik enerji gibi) emebilir ve uyarılmış durum olarak bilinen daha yüksek bir enerji seviyesine geçebilirler. Ancak uyarılmış durumdaki elektronlar kararsızdır ve kısa bir süre sonra temel durum olarak bilinen daha düşük bir enerji seviyesine geri dönerler. Bu işlem sırasında elektron, kendiliğinden emisyon olan bir foton salar. Bu fotonlar frekans, faz ve yön açısından rastgeledir ve bu nedenle tutarlılıktan yoksundur.
Uyarılmış EmisyonUyarılmış emisyonun anahtarı, uyarılmış durumdaki bir elektronun geçiş enerjisiyle eşleşen bir fotonla karşılaşması durumunda, fotonun elektronu temel duruma geri döndürürken yeni bir foton salmasıdır. Yeni foton, frekans, faz ve yayılma yönü açısından orijinal fotonla aynıdır ve bu da tutarlı ışıkla sonuçlanır. Bu olgu, fotonların sayısını ve enerjisini önemli ölçüde artırır ve lazerlerin temel mekanizmasıdır.
Uyarılmış Emisyonun Pozitif Geri Bildirim EtkisiLazer tasarımında, uyarılmış emisyon süreci birçok kez tekrarlanır ve bu pozitif geri bildirim etkisi, foton sayısını katlanarak artırabilir. Rezonans boşluğunun yardımıyla fotonların tutarlılığı korunur ve ışık huzmesinin yoğunluğu sürekli olarak artırılır.
2. Orta Kazanç
Thekazanç ortamıLazerin çekirdek malzemesi olup, fotonların amplifikasyonunu ve lazer çıkışını belirler. Uyarılmış emisyonun fiziksel temelidir ve özellikleri lazerin frekansını, dalga boyunu ve çıkış gücünü belirler. Kazanç ortamının türü ve özellikleri, lazerin uygulama ve performansını doğrudan etkiler.
Uyarım MekanizmasıKazanç ortamındaki elektronların harici bir enerji kaynağı tarafından daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılması gerekir. Bu işlem genellikle harici enerji besleme sistemleriyle gerçekleştirilir. Yaygın uyarılma mekanizmaları şunlardır:
Elektrikli Pompalama: Kazanç ortamındaki elektronların elektrik akımı uygulanarak uyarılması.
Optik Pompalama: Ortamı bir ışık kaynağıyla (örneğin flaş lambası veya başka bir lazer) uyarmak.
Enerji Seviyeleri Sistemi: Kazanç ortamındaki elektronlar genellikle belirli enerji seviyelerinde dağılır. En yaygın olanları şunlardır:iki seviyeli sistemlerVedört seviyeli sistemlerBasit iki seviyeli bir sistemde, elektronlar temel durumdan uyarılmış duruma geçer ve ardından uyarılmış emisyon yoluyla temel duruma geri döner. Dört seviyeli bir sistemde ise, elektronlar farklı enerji seviyeleri arasında daha karmaşık geçişler yaşar ve bu da genellikle daha yüksek verimlilik sağlar.
Kazanç Ortamı Türleri:
Gaz Kazancı Ortamı: Örneğin, helyum-neon (He-Ne) lazerler. Gaz kazanç ortamları, kararlı çıkışları ve sabit dalga boylarıyla bilinir ve laboratuvarlarda standart ışık kaynakları olarak yaygın olarak kullanılır.
Sıvı Kazanç Ortamı: Örneğin, boya lazerleri. Boya molekülleri, farklı dalga boylarında iyi uyarılma özelliklerine sahiptir ve bu da onları ayarlanabilir lazerler için ideal hale getirir.
Sağlam Kazanç OrtaÖrneğin, Nd (neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet) lazerler. Bu lazerler son derece verimli ve güçlüdür ve endüstriyel kesme, kaynak ve tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.
Yarıiletken Kazanç Ortamı:Örneğin, galyum arsenit (GaAs) malzemeleri lazer diyotlar gibi iletişim ve optoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Rezonatör Boşluğu
Therezonatör boşluğuLazerde geri bildirim ve amplifikasyon için kullanılan yapısal bir bileşendir. Temel işlevi, uyarılmış emisyon yoluyla üretilen foton sayısını, boşluk içinde yansıtıp güçlendirerek artırmak ve böylece güçlü ve odaklanmış bir lazer çıkışı üretmektir.
Rezonatör Boşluğunun Yapısı: Genellikle iki paralel aynadan oluşur. Bunlardan biri, tam yansıtıcı ayna olarak bilinendikiz aynasıve diğeri kısmen yansıtıcı bir aynadır, buna da denirçıkış aynasıFotonlar boşluk içerisinde ileri geri yansır ve kazanç ortamıyla etkileşime girerek yükseltilir.
Rezonans Durumu: Rezonatör boşluğunun tasarımı, fotonların boşluk içinde sabit dalgalar oluşturmasını sağlamak gibi belirli koşulları karşılamalıdır. Bu, boşluk uzunluğunun lazer dalga boyunun bir katı olmasını gerektirir. Yalnızca bu koşulları karşılayan ışık dalgaları boşluk içinde etkili bir şekilde yükseltilebilir.
Çıkış Işını: Kısmen yansıtıcı ayna, yükseltilmiş ışık huzmesinin bir kısmının geçmesine izin vererek lazerin çıkış huzmesini oluşturur. Bu huzme yüksek yönlülüğe, tutarlılığa ve tek renkliliğe sahiptir..
Lazerler hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız veya lazerlerle ilgileniyorsanız lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin:
Lumispot
Adres: Bina 4 #, No.99 Furong 3. Yol, Xishan Bölgesi 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