Principi i aplicació del làser
Com funciona el làser
Un làser és un dispositiu que emet llum làser. Segons el mitjà de treball, el làser es pot dividir en quatre categories: làser de gas, làser sòlid, làser de semiconductor i làser de tintura. Recentment, s'han desenvolupat làsers d'electrons gratuïts. Els làsers d’alta potència solen ser de sortida pulsada.
Excepte els làsers d'electrons gratuïts, els principis bàsics de treball de diversos làsers són els mateixos. La condició indispensable per generar llum làser és que la inversió i el guany de la població siguin superiors a la pèrdua, de manera que els components indispensables del dispositiu són la font d’excitació (o bombament) i el medi de treball amb el nivell d’energia metastable. L’excitació és l’excitació del medi de treball per excitar l’estat excitat, creant condicions per aconseguir i mantenir la inversió de la població. Els mètodes d’incentius inclouen l’excitació òptica, l’excitació elèctrica, l’excitació química i l’excitació de l’energia nuclear.
El nivell d'energia metastable del medi de treball és tal que la radiació estimulada domina, aconseguint així una amplificació òptica. Un component comú d’un làser és una cavitat ressonant, però la cavitat ressonant (veure cavitat òptica) no és un component indispensable. La cavitat ressonant permet que els fotons de la cavitat tinguin una freqüència, fase i direcció de desplaçament consistents, cosa que permet al làser tenir una bona direccionalitat i coherència. A més, pot escurçar bé la longitud de la substància de treball i també pot ajustar el mode del làser generat canviant la longitud de la cavitat (és a dir, la selecció del mode), de manera que el làser sol tenir una cavitat ressonant.
Tres components del làser
En primer lloc, la substància de treball
Al nucli del làser, només les substàncies que poden aconseguir transicions de nivell d'energia es poden utilitzar com a substàncies de treball del làser.
Ssegon, energia d’incentiu
El seu paper és energitzar la substància de treball, l’àtom s’excita des del nivell baix d’energia fins a l’energia externa del nivell alt d’energia. Normalment hi ha energia lumínica, tèrmica, elèctrica, química, etc.
En tercer lloc, el paper de la cavitat òptica:
En primer lloc, la radiació estimulada de la substància de treball es realitza contínuament;
El segon és accelerar constantment el fotó;
El tercer és limitar la direcció de la sortida del làser.
La cavitat òptica més simple consisteix en dos miralls paral·lels col·locats als extrems del làser HeNe. Quan alguns àtoms de deuteri transiten entre dos nivells d’energia que aconsegueixen la inversió de les partícules i emeten fotons paral·lels a la direcció del làser, aquests fotons es reflectiran entre els dos miralls, provocant així constantment una radiació estimulada. Es produeix un làser molt fort molt ràpidament.
La llum pura i l’espectre estable del làser es poden aplicar de moltes maneres.
Làser de rubí
El làser original va ser fregat per una bombeta brillant i el làser produït va ser un" en lloc d'un feix estable contínuament. La qualitat de la llum produïda per aquest làser és essencialment diferent de la produïda pel díode làser que fem servir avui. Aquesta intensa emissió de llum, que només dura uns quants nanosegons, és ideal per capturar objectes fàcils de moure, com ara retrats de retrats hologràfics. El primer retrat làser va néixer el 1967. Els làsers de rubí requereixen robins caros i només poden produir ràfegues curtes de llum.
Làser d'heli
El 1960 els científics Ali Javan, William R. Brennet Jr. i Donald Herriot van dissenyar el làser HeNe. Aquest és el primer làser de gas que s’utilitza habitualment en fotògrafs hologràfics.
Dos avantatges: 1. Produir sortida làser contínua; 2. No cal bombeta flaix per fer excitació de la llum, però utilitzeu gas d’excitació elèctrica.
Diodo làser
El díode làser és un dels làsers més utilitzats. El fenomen de la recombinació espontània d’electrons i forats a banda i banda de la unió PN d’un díode s’anomena emissió espontània. Quan els fotons generats per emissió espontània passen pel semiconductor, un cop passen pels parells electró-forat emesos, poden excitar-se per recombinar-se per produir nous fotons, que indueixen els portadors excitats a recombinar-se i emetre nous fotons. El fenomen s’anomena radiació estimulada.
Si el corrent d’injecció és prou gran, es forma una distribució de portadors oposada a l’estat d’equilibri tèrmic, és a dir, el nombre de població s’inverteix. Quan els portadors de la capa activa presenten un gran nombre d’inversions, una petita quantitat de fotons generats espontàniament generen radiació inductiva a causa de la reflexió recíproca als dos extrems de la cavitat ressonant, donant lloc a una retroalimentació selectiva de la freqüència de ressonància selectiva una freqüència determinada. Quan el guany és superior a la pèrdua d’absorció, es pot emetre una llum coherent amb una bona línia espectral, el làser, des de la unió PN. La invenció de díodes làser permet l’aplicació ràpida d’aplicacions làser, diversos tipus d’escaneig d’informació, comunicació de fibra òptica, gamma làser, radar làser, discos làser, punters làser, col·leccions de supermercats, etc., i s’estan desenvolupant i popularitzant contínuament diverses aplicacions. .