9 typů laserů: Principy, fakta (Příručka pro začátečníky!)

Co je laserová fyzika?

Laserová fyzika nebo laserová věda je pododdělení optiky, která se zabývá teorií, prací, konstrukcí a praxí laserů. Přesně řečeno, laserová fyzika je spojena s konstrukcí optických dutin, časovým vývojem světelného pole (v laseru), kvantovou elektronikou, nelineární optikou, konstrukcí laseru a fyzikou za generováním inverze populace v laserových médiích, laseru šíření paprsku.

Kdo položil základ laserové fyziky?

• V roce 1917, pane Albert Einstein položil základ laseru odvozením radiačního zákona Maxe Plancka. Albert Einstein formalizované pravděpodobnostní koeficienty absorpce, stimulované emise a spontánní emise elektromagnetického záření.
• V roce 1928, Rudolf W. Ladenburg stanovit existenci stimulované emise a Valentin A. Fabrikant provedl první návrh laseru (zesílení světla stimulovanou emisí záření) a uvedl podmínky potřebné pro zesílení světla stimulovanou emisí v roce 1939.
• RC Retherford a Willis E. Lamb pozoroval a demonstroval stimulované emise ve vodíkových spektrech v roce 1947.
• V 1952, Alexandr Prochorov a Nikolaj Basov popsal teoretické principy fungování maserového nebo mikrovlnného laseru (Prokhorov a Basov získali Nobelovu cenu za výzkum v oblasti laserové fyziky).
• V 1960, Theodore Maiman postavil první fungující laser s rubínovými pulsy ve Hughes Research Laboratories.

Jaký je základní pracovní princip laseru?

• Elektrony pobývající na nižší energetické úrovni mají tendenci externě absorbovat světelnou energii ve formě fotonů nebo fononů pro dosažení vyšší energetické úrovně a energie v absorbovaném fotonu nebo fononu se rovná rozdílu energie mezi těmito dvěma úrovněmi. V případě světelné energie to znamená, že určité atomy mohou pro přechod absorbovat pouze určitou vlnovou délku světla.

• Po dosažení vzrušeného vyššího stavu tam elektron nemůže zůstat navždy. Elektrony mají tendenci se rozpadat na nižší energetickou hladinu ztrátou energie. K tomuto přechodu elektronů obvykle dochází v různých časových intervalech a vyzařuje energii ve formě fotonů. Celý tento proces přechodu elektronů bez jakéhokoli vnějšího rušení se nazývá spontánní emise. V tomto má emitovaný elektron náhodný směr a fázi.

• Občas jsou elektrony vystaveny vnějšímu vlivu na přechod z vysokoenergetického do nízkoenergetického stavu. V tomto případě foton emitovaný během procesu přechodu odpovídá skutečnému směru fotonu, fázovému úhlu a vlnové délce. Tento proces fotonové emise se nazývá stimulovaná emise, která se používá v laserech k získání více informací o tomto tématu klikněte zde.

• Každý laser je navržen tak, aby měl zesilovací médium, které zesiluje emitovaný fotonový paprsek, toto zesilovací médium je řízeno z hlediska velikosti, koncentrace, čistoty a tvaru a v bodě po stimulované emisi, když není. elektronů přítomných v úrovni excitované energie se stala větší než ne. elektronů, které jsou v tomto stavu k dispozici na nižší energetické úrovni, a dojde k populační inverzi a zde rychlost stimulace emise fotonů převyšuje rychlost absorpce energie elektrony. Proto se emitované světlo nebo fotony zesilují. Tento proces se nazývá optické zesílení.

Typy laserů:

Plynový laser:

Plynové lasery (například HeNe Laser nebo CO₂ Laser) používají pro koherentní zesílení světla plynné sloučeniny. Lze vytvářet plynné výboje k zesílení různých vlnových délek světla. Tyto lasery jsou široce používány pro výzkumné a komerční účely. Lasery na bázi oxidu uhličitého produkují vysoce výkonný spojitý paprsek infračerveného světla s hlavními pásmy vlnových délek v rozmezí od 9.6 do 10.6 mikrometrů. Tyto lasery jsou vysoce energeticky účinné a poměr výstupního výkonu k výkonu čerpadla dosahuje až 20%.

Excimerový laser:

Použití excimerových laserů ultrafialové světlo pro výrobu mikroelektronických zařízení, polovodičových integrovaných obvodů a mikrostrojů. Excimerové lasery (také známé jako exciplexní laser) jsou vyvíjeny za použití vzácných plynů, jako je argon, kryptton nebo xenon, spolu s reaktivním halogenovým plynem, jako je fluor nebo chlór.

Chemický laser:

Chemické lasery poskytují energii pro excitaci elektronů z chemických reakcí. Tyto lasery jsou schopné produkovat velké množství energie za krátkou dobu, a proto se používají ve vysoce výkonných laserech.

Polovodičový laser:

Lasery v pevné fázi používají skleněnou nebo krystalickou tyč, která je dopovaná ionty, aby umožnila elektronům dosáhnout požadované energetické úrovně. Dopant je zodpovědný za udržování inverze populace. Například rubínový laser.

Vláknový laser:

Lasery z optických vláken používají k přenosu světelných paprsků pomocí optických vláken celkový vnitřní odraz nebo TIR. Tyto lasery nacházejí své uplatnění při přenosu světelných paprsků na velké vzdálenosti a při snižování tepelného zkreslení laserového paprsku.

Fotonický krystal Laser:

Fotonický krystal Laser používá nanostruktury pro zajištění omezení režimu.

Polovodičový laser:

Polovodičové lasery používají k elektrickému čerpání polovodičové diody. Uvolněná energie rekombinace je zodpovědná za udržování optického zisku.

Barevný laser:

Lasery na barvení mají organické barvivo fungující jako ziskové médium. Tyto lasery mohou pracovat v různých vlnových délkách světla a mohou produkovat krátkodobé impulsy.

Laser s volnými elektrony:

Lasery s volnými elektrony poskytují nejširší možný rozsah působení laseru. Tyto lasery generují vysoce výkonné koherentní paprsky se zářením od infračerveného po viditelné paprsky.

Chcete-li se dozvědět více o excimerových laserech, navštivte stránku klikněte zde.

Čtěte více: Populační inverze | Vysvětlení | 3 Důležitý fenomén.

Také čtení:

• Laserové leptání
• Svařování laserovým paprskem
• Laserové čištění
• Laserové nanášení kovů
• Laserové chlazení
• Laserový mikrofon
• Vláknové lasery
• Excimerový laser
• Laser
• Laserové vrtání

Sanchari Chakraborty

Ahoj, jsem Sanchari Chakraborty. Vystudoval jsem elektroniku.
Vždy rád zkoumám nové vynálezy v oblasti elektroniky.
Jsem horlivý student, v současné době investuji do oblasti aplikované optiky a fotoniky. Jsem také aktivním členem SPIE (Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku) a OSI (Optical Society of India). Moje články jsou zaměřeny na přiblížení kvalitních vědeckých výzkumných témat jednoduchým, ale informativním způsobem. Věda se vyvíjí od nepaměti. Takže se snažím nahlédnout do evoluce a představit ji čtenářům.
Pojďme se připojit

Viz také  Úhlová frekvence a frekvence: 3 důležitá vysvětlení