LASER: 7 důležitých faktů, které byste měli vědět

Obsah

• Co je to laser?
• Co je stimulovaná emise?
• Co je maser?
• Jaký je rozdíl mezi laserem a maserem?
• Co je to zesilovací médium?
• Jak funguje laser?
• Jaké jsou dva režimy provozu laseru?
• Jaké jsou aplikace laseru?

Co je to laser?

LASER znamená „zesílení světla stimulovanou emisí záření„, Je nástroj, ve kterém je světlo emitováno procesem optického zesílení prostřednictvím stimulované emise elektromagnetického záření. První laser vynalezl a navrhl Theodore Maiman v roce 1960. Konstrukce tohoto nástroje byla ovlivněna teoretickými pracemi Charlese Hard Townese a Arthura Leonarda Schawlowa a světlo vyzařované laserem je v přírodě koherentní, tj. Fázové rozdíl je také konstantní. Toto zařízení se používá pro širokou škálu aplikací v oblasti medicíny, výzkumu, výroby, armády atd.

Co je stimulovaná emise?

Přítomný elektron, který zaujímá stav s nižší energií, absorbuje určitou vnější energii přítomnou ve formě světla (fotony) nebo tepla (fonony), aby obsadil stav s vyšší energií, a tento e-přechod z jednoho stavu do druhého je možný pouze tehdy, když energie fotonu nebo fononu se rovná rozdílu energie mezi těmito 2 stavy. Proto jsou tyto elektrony nebo atomy schopné absorbovat pouze určitou frekvenci světla pro přechod.

Elektrony nemohou zůstat ve vyšším excitovaném stavu navždy. Mají tendenci se vracet zpět do základního stavu. Tyto elektrony jsou někdy externě ovlivňovány tak, aby padaly z vyššího vzrušeného stavu do nižšího vzrušeného stavu nebo základního stavu. Foton emitovaný po přechodu mezi vysokou a nízkou hodnotou odpovídá externě dodávanému fotonu, pokud jde o směr, fázi a vlnovou délku. Tento proces uvolňování fotonů se označuje jako stimulovaná emise a tvoří základ laserové práce.

Pro stimulovanou emisi je prvním požadavkem excitovat elektrony nebo atomy pomocí zesilovacího média, protože v normálním prostředí je počet atomů ve stavu s nižší energií větší než ve stavech s vyšší energií na tepelná rovnováha tedy rychlost absorpce převyšuje rychlost stimulované emise v normálním médiu.

Co je Maser?

MASER nebo „Mikrovlnné zesílení stimulovanou emisí záření„, Je zařízení, ve kterém je koherentní mikrovlnná elektromagnetická emise generována zesílením prostřednictvím režimu stimulované emise. Maser vynalezl na Kolumbijské univerzitě v roce 1953 vědec James P. Gordon, Charles H. Townes a Herbert J. Zeiger. Masery mají své aplikace v zařízeních, jako jsou atomové hodiny a radioteleskopy. Masers může také produkovat elektromagnetické záření patřící do rozsahu rádiového a infračerveného záření.

Jaký je rozdíl mezi laserem a maserem?

Laser vs Maser

LASER	MASER
Tento přístroj produkuje koherentní elektromagnetické vyzařování v širokém frekvenčním rozsahu (hlavně viditelné, UV a IR frekvence).	Maser produkuje koherentní elektromagnetické vyzařování s frekvencí v mikrovlnném a vysokofrekvenčním rozsahu.
Tento nástroj se používá pro širokou škálu aplikací v oblasti medicíny, výzkumu, výroby, armády atd.	Tento přístroj se používá hlavně pro mikrovlnnou komunikaci a v několika astronomických přístrojích.
Tento nástroj běžně pracuje vzrušujícími atomy helia, neonu, oxidu uhličitého atd.	Tento nástroj běžně pracuje vzrušujícími atomy amoniaku, vodíku atd.

Co je to zesilovací médium?

V laserech je zesilovacím médiem nebo médiem optického zisku materiál, který zesiluje sílu generovaného světelného paprsku. Ziskové médium kompenzuje ztrátu energie v důsledku rezonátoru. Ziskové médium zesiluje světlo tím, že odebírá energii procesem elektrického čerpání (nebo někdy optického čerpání). Ziskové médium může být několika typů, například Nd: YAG (neodymem dotovaný yttrium hliníkový granát Lasery YAG) médium, Yb: médium YAG (ytterbiem dopované YAG), arzenid gália, nitrid gália nebo polovodičové médium arsenidu india a gália, médium s keramickým ziskem, médium s optickými vlákny atd.

Jak funguje laser?

Tyto nástroje obecně obsahují zesilovací nebo zesilovací médium, čerpací mechanismus a systém pro poskytování optické zpětné vazby. Lasery fungují na principu fotoelektrické absorpce a stimulované emise. Tyto nástroje mají ziskové médium, kterým může být pevný, kapalný nebo plynný materiál. Toto médium přijímá vnější energii a směruje ji k atomům nebo elektronům, aby je vzrušilo do jejich vyšších energetických stavů, a tento materiál lze upravit z hlediska tvaru a velikosti, koncentrace a čistoty.

Populační inverze se týká stavu, kdy počet částic přítomných ve vyšším excitovaném stavu překročil počet částic přítomných ve stavu nižší excitace. V tomto stavu bude rychlost emise stimulovaného fotonu vyšší než rychlost energie absorbované elektronem. Proto se světelný paprsek vyzařovaný ve formě fotonů zesiluje.

Uvnitř zařízení je optická dutina. Jedná se primárně o dvojici zrcadel (nazývaných také výstupní vazební členy) přítomných na každé straně zesilovacího média, aby se světelný paprsek odrazil tam a zpět skrz médium zesílené pokaždé, když zasáhne zrcadlo, a jedno ze dvou zrcadel je částečně transparentní umožňující únik nějakého světla a pokud jsou přítomná zrcadla zakřivená, pak světlo vychází ve formě úzkého paprsku a pokud jsou zrcadla plochá, pak se světelný paprsek rozprostírá.

Jaké jsou dva režimy provozu laseru?

Koherentní světelný paprsek lze generovat buď v pulzním režimu nebo v nepřetržitém režimu.

Provoz laseru v pulzním režimu:

V pulzním režimu sleduje optická síla vzor pulzu a má opakovací frekvenci založenou na určité době. Pulzní režim se používá pro generování vysoce výkonných pulzů snížením rychlosti pulsů. Proces ablace a vrtání, který vyžadoval vysoké výkonové výstupy, často používal pulzní režim při špičkovém pulzním výkonu. Procesy, které vyžadují použití nelineárních optických efektů, používají pulzní režim, který se spoléhá na maximální pulzní výkon nebo energii. Někdy nelze dosáhnout zesílení v kontinuálním režimu, proto se používá pulzní režim.

Kontinuální režim laseru:

V nepřetržitém režimu zůstává výstupní výkon v průběhu času konstantní. V tomto režimu je změna frekvence zanedbatelná a nemá vliv na použití laseru. Tento režim vyžaduje stálý zdroj pumpy, aby bylo možné dosáhnout populační inverze zesilovacího média. Neustálé čerpání laserů při vysokých úrovních výkonu může vést k poškození laseru v důsledku nadměrného zahřívání. Z tohoto důvodu má nepřetržitý režim omezenou úroveň výstupního výkonu. Tento režim se používá hlavně pro experimentální a lékařské účely.

Jaké jsou aplikace laserů?

Aplikace laserů

Vojenské aplikace laseru

Několik typů laserů, jako jsou lasery na oxid uhličitý, které pracují a vyzařují infračervené světlo, se používá pro několik vojenských aplikací. Atmosféra Země je pro paprsky infračerveného světla poměrně transparentnější. Z tohoto důvodu se tyto lasery ukázaly jako účinné pro vojenské zjišťování dosahu pomocí metod, jako je LIDAR (detekce a měření vzdálenosti). Laserový paprsek poskytuje informace o vzdálenostech pozorovatele a poloze cíle.

Lékařské aplikace laseru

IR lasery, excimerové lasery používané v lékařské oblasti.

Průmyslové aplikace (řezání a svařování) laseru

Lasery poskytují vysoce výkonné paprsky, které mohou být účinné pro několik průmyslových aplikací, jako je proces svařování, proces leptání, proces peeningu a vrtání, příprava plátů a laserové řezání pro proces řezání tvrdého kovu nebo skla atd. V dnešní době se tyto nástroje také používají pro čištění povrchu, které zahrnuje eradikaci nečistot a kontaminantů z povrchu materiálu. CO₂ používá se pro gravírování na materiály a tato zařízení se také používají v selektivních výrobních procesech SLS nebo selektivním laserovým slinováním.

Výzkumné aplikace laseru

Procedura SILEX (Separace izotopu laserovou excitací) používaná k obohacení uranu zahrnuje také IR laser, několik dalších důležitých aplikací, jako je výroba mikrofluidních zařízení, zahrnuje také použití těchto nástrojů, protože běžný plastový poly (methylmethakrylát) je dobrým absorbentem infračervených vln.

Chcete-li vědět více o laseru naleznete zde

Také čtení:

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