Лазерная конструкция - Laser construction

Принципиальная схема типичного лазера, показывающая три основные части

Лазер строится из трех основных частей:

Источник энергии (обычно называемый насосом или источником насоса ),
Усиливающая среда или лазерная среда , и
Два или более зеркала, образующих оптический резонатор .

Источник насоса

Источник накачки - это часть, которая обеспечивает энергией лазерную систему. Примеры источников накачки включают электрические разряды, лампы-вспышки, дуговые лампы, свет другого лазера, химические реакции и даже взрывные устройства. Тип используемого источника накачки в основном зависит от усиливающей среды , и это также определяет, как энергия передается в среду. Гелий-неоновый (He - Ne) лазер использует электрический разряд в смеси гелий-неонового газа, Nd: YAG лазер использует либо свет сосредоточен от ксеноновой лампы - вспышки или диодных лазеров и эксимерные лазеры используют химическую реакцию.

Усиление среднее / Лазерное среднее

Среда усиления является основным фактором , определяющим длины волны операции, а также других свойств, лазера. Усиливающие среды в различных материалах имеют линейные или широкие спектры. Усиливающие среды с широким спектром позволяют настраивать частоту лазера. Существуют сотни, если не тысячи различных усиливающих сред, в которых реализована работа лазера (см. Список типов лазеров для получения списка наиболее важных из них). Усиливающая среда возбуждается источником накачки для создания инверсной населенности , и именно в усиливающей среде происходит спонтанное и вынужденное излучение фотонов, что приводит к явлению оптического усиления или усиления.

Примеры различных средств усиления включают:

Жидкости, например лазеры на красителях. Обычно это органические химические растворители , такие как метанол , этанол или этиленгликоль , к которым добавлены химические красители, такие как кумарин , родамин и флуоресцеин . Точная химическая конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны лазера на красителе .
Газа, такие как диоксид углерода , аргон , криптон и смеси , такие как гелий - неон . Эти лазеры часто накачиваются электрическим разрядом.
Твердые тела, например кристаллы и стекла . Материалы твердой основы обычно легированы примесью, такой как ионы хрома , неодима , эрбия или титана . Типичные хозяева включают YAG ( иттрий- алюминиевый гранат ), YLF ( фторид иттрия- лития ), сапфир (оксид алюминия) и различные стекла. Примеры твердотельных лазерных сред включают Nd: YAG, Ti: сапфир , Cr: сапфир (обычно известный как рубин ), Cr: LiSAF ( фторид лития- стронция- алюминия, легированный хромом ), Er: YLF, Nd: стекло и Er: стекло. Твердотельные лазеры обычно накачиваются лампами-вспышками или светом другого лазера.
Полупроводники , твердые кристаллы с однородным распределением примесей или материалы с разными уровнями примесей, в которых движение электронов может вызывать лазерное воздействие. Полупроводниковые лазеры обычно очень малы, и их можно накачивать простым электрическим током, что позволяет использовать их в потребительских устройствах, таких как проигрыватели компакт-дисков . См. Лазерный диод .

Оптический резонатор

Гауссов пучок фотобумаги сравнение ожог диоксида углерода лазера поперечно-возбуждаться при атмосферном давлении , полученные в ходе процесса оптимизации путем регулировки выравнивания зеркал.

Оптический резонатор , или оптический резонатор , в своей простейшей форме состоит из двух параллельных зеркал , расположенных вокруг усиливающей среды, которые обеспечивают обратную связь света. На зеркала нанесены оптические покрытия, определяющие их отражательные свойства. Обычно один из них имеет высокий отражатель , а другой - частичный . Последний называется выходным ответвителем , потому что он позволяет некоторой части света покидать резонатор для создания выходного луча лазера.

Свет из среды, вызванный спонтанным излучением , отражается зеркалами обратно в среду, где он может быть усилен вынужденным излучением . Свет может отражаться от зеркал и, таким образом, проходить через усиливающую среду много сотен раз, прежде чем выйти из резонатора. В более сложных лазерах используются конфигурации с четырьмя или более зеркалами, образующими резонатор. Конструкция и выравнивание зеркал по отношению к среде имеют решающее значение для определения точной рабочей длины волны и других характеристик лазерной системы.

Другие оптические устройства, такие как вращающиеся зеркала, модуляторы, фильтры и поглотители, могут быть размещены внутри оптического резонатора для создания различных эффектов на выходе лазера, таких как изменение рабочей длины волны или генерация импульсов лазерного света.

Некоторые лазеры не используют оптический резонатор, а вместо этого полагаются на очень высокое оптическое усиление для получения значительного усиленного спонтанного излучения (ASE) без необходимости обратной связи света обратно в усиливающую среду. Такие лазеры называют суперлюминесцентными и излучают свет с низкой когерентностью, но с большой полосой пропускания . Поскольку они не используют оптическую обратную связь, эти устройства часто не относятся к категории лазеров.

Смотрите также

Внешние ссылки

Sam's Laser FAQ Практическое руководство по лазерам для экспериментаторов и любителей

Languages

In other projects