Lazerin temel çalışma prensibi (Uyarılmış Radyasyon Emisyonuyla Işık Yükseltme), uyarılmış ışık emisyonu olgusuna dayanmaktadır. Lazerler, bir dizi hassas tasarım ve yapı sayesinde yüksek tutarlılık, tekdüzelik 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 getirmektedir. Aşağıda, lazerlerin çalışma prensipleri ve farklı lazer türlerinin mekanizmalarına ilişkin ayrıntılı bir açıklama bulunmaktadır.
1. Uyarılmış Emisyon
Uyarılmış emisyonLazer üretiminin temel prensibi, ilk olarak 1917'de Einstein tarafından ortaya atılmıştır. Bu fenomen, 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 (elektrik veya optik enerji gibi) emebilir ve uyarılmış durum olarak bilinen daha yüksek bir enerji seviyesine geçebilirler. Bununla birlikte, uyarılmış durumdaki elektronlar kararsızdır ve kısa bir süre sonra temel durum olarak bilinen daha düşük bir enerji seviyesine geri dönerler. Bu süreçte elektron, kendiliğinden emisyon olarak bilinen bir foton yayar. Bu fotonlar frekans, faz ve yön açısından rastgeledir ve bu nedenle tutarlılıktan yoksundurlar.
Uyarılmış EmisyonUyarılmış emisyonun anahtarı, uyarılmış haldeki bir elektronun, geçiş enerjisine eşit enerjiye sahip bir fotonla karşılaştığında, fotonun elektronu temel hale geri döndürürken yeni bir foton salmasıdır. Yeni foton, frekans, faz ve yayılma yönü bakımından orijinal fotonla aynıdır ve bu da tutarlı ışıkla sonuçlanır. Bu fenomen, fotonların sayısını ve enerjisini önemli ölçüde artırır ve lazerlerin temel mekanizmasıdır.
Uyarılmış Emisyonun Pozitif Geri Besleme EtkisiLazerlerin tasarımında, uyarılmış emisyon süreci birçok kez tekrarlanır ve bu pozitif geri besleme etkisi, foton sayısını katlanarak artırabilir. Rezonans boşluğu yardımıyla fotonların tutarlılığı korunur ve ışık demetinin yoğunluğu sürekli olarak artırılır.
2. Orta Kazanç
Oorta kazançLazerde fotonların yükseltilmesini ve lazer çıkışını belirleyen temel 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.
Uyarım MekanizmasıKazanç ortamındaki elektronların harici bir enerji kaynağı tarafından daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılması gerekir. Bu işlem genellikle harici enerji besleme sistemleri ile gerçekleştirilir. Yaygın uyarılma mekanizmaları şunlardır:
Elektrikli PompalamaElektrik akımı uygulayarak kazanç ortamındaki elektronları uyarmak.
Optik PompalamaOrtamı bir ışık kaynağıyla (örneğin flaş lambası veya başka bir lazer) uyarmak.
Enerji Seviyeleri SistemiKazanç ortamındaki elektronlar tipik olarak belirli enerji seviyelerinde dağılır. En yaygın olanları şunlardır:iki seviyeli sistemlerVedört seviyeli sistemlerBasit iki seviyeli bir sistemde, elektronlar temel halden uyarılmış hale geçer ve ardından uyarılmış emisyon yoluyla temel hale geri döner. Dört seviyeli bir sistemde ise elektronlar farklı enerji seviyeleri arasında daha karmaşık geçişler gerçekleştirir ve bu durum genellikle daha yüksek verimlilikle sonuçlanır.
Kazanç Medyası Türleri:
Orta Gaz KazancıÖrneğin, 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 OrtaÖrneğin, boya lazerleri. Boya molekülleri, farklı dalga boylarında iyi uyarım özelliklerine sahip olduklarından, ayarlanabilir lazerler için idealdirler.
Katı Kazanç OrtaÖrneğin, Nd (neodimyum katkılı itriyum alüminyum garnet) lazerleri. Bu lazerler son derece verimli ve güçlü olup endüstriyel kesme, kaynak ve tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yarı İletken Kazanç OrtamıÖrneğin, galyum arsenit (GaAs) malzemeleri, lazer diyotlar gibi iletişim ve optoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Rezonatör Boşluğu
Orezonatör boşluğuLazerde geri besleme ve yükseltme için kullanılan yapısal bir bileşendir. Temel işlevi, uyarılmış emisyon yoluyla üretilen foton sayısını, onları boşluk içinde yansıtarak ve yükselterek artırmak ve böylece güçlü ve odaklanmış bir lazer çıkışı üretmektir.
Rezonatör Boşluğunun YapısıGenellikle iki paralel aynadan oluşur. Bunlardan biri, tam yansıtıcı ayna olarak bilinir.dikiz aynasıDiğeri ise kısmen yansıtıcı bir aynadır ve şu şekilde bilinir:çıkış aynasıFotonlar boşluk içinde ileri geri yansır ve kazanç ortamıyla etkileşim yoluyla yükseltilir.
Rezonans DurumuRezonatör boşluğunun tasarımı, fotonların boşluk içinde durağan dalgalar oluşturmasını sağlamak gibi belirli koşulları karşılamalıdır. Bu, boşluk uzunluğunun lazer dalga boyunun bir katı olmasını gerektirir. Sadece bu koşulları karşılayan ışık dalgaları boşluk içinde etkili bir şekilde yükseltilebilir.
Çıkış IşınıKısmen yansıtıcı ayna, yükseltilmiş ışık demetinin bir kısmının geçmesine izin vererek lazerin çıkış ışınını oluşturur. Bu ışın yüksek yönlülüğe, tutarlılığa ve tek renkliliğe sahiptir..
Lazerler hakkında daha fazla bilgi edinmek veya bu konuya ilgi duymak isterseniz, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin:
Lumispot
Adres: Bina 4 #, 99 Furong 3. Cadde, Xishan İlçesi, Wuxi, 214000, Çin
Tel: + 86-0510 87381808.
Cep telefonu: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Web sitesi: www.lumispot-tech.com
Yayın tarihi: 18 Eylül 2024