Tin tức

Phân tích kỹ lưỡng: laser đến từ đâu?

Vào năm 1960, là người đầu tiên trong bó hoa thế giới của laser nhân tạo xuyên qua phòng thí nghiệm Hughes yên tĩnh ở California, ruby laser Theodore Maiman phát minh, nó sẽ mở ra cánh cửa để tia laser sáng tạo con người sử dụng tia laser để thay đổi thế giới. Kể từ năm mươi năm qua, sự phát triển của khoa học laser đã nhanh chóng, và việc phổ biến và ứng dụng công nghệ laser cũng đã bước vào cuộc sống của mọi người từ mọi khía cạnh. Bài viết này sẽ giải thích nguyên lý hình thành laser trong một ngôn ngữ tương đối phổ biến.

Vào năm 1960, loạt nhân tạo đầu tiên trên thế giới của tia laser xuyên qua phòng thí nghiệm Hughes yên tĩnh ở California, ruby Theodore Maiman phát minh ra laser , laser sẽ mở ra cánh cửa cho sự sáng tạo của con người, sử dụng tia laser để thay đổi thế giới. Kể từ năm mươi năm qua, sự phát triển của khoa học laser đã nhanh chóng, và việc phổ biến và ứng dụng công nghệ laser cũng đã bước vào cuộc sống của mọi người từ mọi khía cạnh. Nhưng hầu hết mọi người chỉ biết rằng laser có một mục đích như vậy, nhưng họ không biết làm thế nào laser đến từ. Do đó, bài viết này sẽ giải thích nguyên lý hình thành laser trong một ngôn ngữ tương đối phổ biến.

Phân tích kỹ lưỡng: laser đến từ đâu?

Để hiểu nguyên tắc hình thành laser, trước tiên hãy hiểu mức năng lượng là gì. Nói một cách đơn giản, mức năng lượng là một trạng thái trong đó mỗi nguyên tử (thực ra là một electron hạt nhân) mang một lượng năng lượng nhất định, và các mức năng lượng khác nhau cho thấy năng lượng mang bởi nguyên tử là khác nhau. Mức năng lượng càng cao, năng lượng của các electron hạt nhân càng cao, và càng dễ dàng tách rời khỏi hạt nhân. Để hiểu được, nguyên tử hydro đơn giản nhất của cấu trúc nguyên tử được lấy làm ví dụ.

Phân tích kỹ lưỡng: laser đến từ đâu?

Đọc thêm:

>> Dịch vụ cắt laser tại tân bình nhanh chóng giá cả rẻ nhất.
>> Nhận khắc & gia công cắt laser kim loại tại Tân Bình
>> Cắt & Khắc laser kim loại giá rẻ tại bình tân

>> Cắt laser kim loại tại tân bình

>> Cắt laser kim loại tại hcm

 

Sơ đồ cấu trúc mức nguyên tử hydro

n đại diện cho một số lượng tử tương ứng với mức năng lượng E của nguyên tử. Khi n = 1, nó chỉ ra mức năng lượng trong trạng thái ổn định nguyên tử hydro, được gọi là trạng thái cơ bản ( mức năng lượng E 1 ). n = 2, 3, 4, vv được gọi là trạng thái kích thích ( mức năng lượng E 2 , mức năng lượng E 3 , mức năng lượng E 4 , vv). Theo nhà vật lý Đan Mạch thuyết Bohr, các nguyên tử trạng thái cơ bản là ổn định nếu bị kích thích bên ngoài, hấp thu tương ứng với năng lượng bên ngoài, sẽ chuyển sang trạng thái kích thích được hình thành trên một mức năng lượng cao hơn. Khi trạng thái kích thích nguyên tử là không ổn định, khi các nguyên tử trong trạng thái kích thích một cách tự nhiên chuyển sang một mức năng lượng thấp hơn, một hoặc nhiều lần sau một chuyển trạng thái đạt đến cơ sở, việc chuyển đổi sang mức năng lượng thấp của năng lượng được giải phóng trong quá trình thích hợp. Này tương ứng với năng lượng photon trong các hình thức của một tần số nhất định, các mức năng lượng có thể được tính toán giá trị bên phải, năng lượng photon E = hv = E m -E n . h là một nhà vật lý giá trị cố định đo (hằng số Planck), v đại diện cho tần số photon (tần số của photon phát hành chuyển trạng thái từ vui mừng đến trạng thái cơ bản, ánh sáng được bức xạ ra bên ngoài của các tần số nguyên tử, tức là khi các tia laser của laser được hình thành Tần số xác định bước sóng của laser λ = c / ν, c là vận tốc ánh sáng).

Sau khi tìm hiểu cấu trúc mức năng lượng, hãy xem cách laser được hình thành. Để hiểu được dễ dàng, laser ruby ​​đơn giản nhất được lấy làm ví dụ. Ruby laser là một laser rắn, một thỏi ruby là một chất làm việc, đối với ma trận tinh thể của Al 2 O . 3 , pha tạp với 0,05% tổng trọng lượng của Cr 2 O . 3 . hoạt động của laser ruby được thực hiện bởi các Cr 3+ (crom ion) kích thích quá trình phát xạ được thực hiện, và do đó của Cr 3+ thường được gọi là ion kích hoạt, được sản xuất trong một ruby laser "đối tượng". Thành phần chính của ruby, alumina, chỉ là một ma trận có chứa các ion crom, mà chỉ có tác dụng gián tiếp lên hành động laser. Cấu trúc mức năng lượng của nó như sau:

Phân tích kỹ lưỡng: laser đến từ đâu?

Khi ánh sáng bơm được chiếu xạ ruby, Cr trong trạng thái cơ bản của 3+ ion hấp thụ một bước sóng cụ thể của quá trình chuyển đổi quang E 3. Cấp, Cr 3+ ion trong cuộc đời của mức rất ngắn này (rất không ổn định, có mặt tại khoảng 10 -9 S), do đó bởi sự chuyển đổi không bức xạ nhanh (chuyển radiationless đề cập đến trao đổi năng lượng nguyên tử với bên ngoài, ví dụ: ở dưới dạng nhiệt nội bộ thông qua sự chuyển động của va chạm nguyên tử tinh thể, do đó làm thay đổi mức năng lượng xảy ra, không phải trong suốt cũng không phát xạ photon bị hấp thụ) chuyển tiếp đến E 2 Mức năng lượng. Mức năng lượng E 2 có tuổi thọ dài (khoảng 3 ms) và được gọi là mức năng lượng siêu bền, tại đó có thể thu thập thêm ion Cr3+ . Khi một máy bơm bên ngoài đủ mạnh, sẽ E 2 mức và E . 1 hình thức một đảo ngược dân số giữa mức năng lượng, Cr ví dụ: mức độ E2 3+ số ion hơn mức năng lượng E1. Trong việc thực hiện các nghịch đảo dân cư, mỗi photon năng lượng hν nước ngoài sẽ kích thích một mức độ nguyên tử sao cho E2 chuyển tiếp sang trạng thái cơ bản, phát hành một hν năng lượng photon của một photon sẽ thay đổi năng lượng tổng cộng 2, 2 thay đổi 4, 4 thay đổi 8 ... do đó đạt được quá trình khuếch đại bức xạ khuếch đại (đạt được). Do mất sự tăng quang của cộng hưởng quang học, bức xạ tia laser chỉ khi khuếch đại đạt được lớn hơn tổn thất trong vòng laser khác nhau, sản lượng tia laser sẽ bị ảnh hưởng.

Hãy giải thích cấu trúc của laser ruby ​​Nếu bạn có thể, bạn có thể tự tạo ra một laser ruby ​​đơn giản.

 

Ruby tia laser gồm một nguồn bơm (chỉ cần đặt, là để laze cung cấp năng lượng ban đầu của hầu hết các chất lạ, đối với nguồn bơm ruby laser được một chiếc đèn xenon flash, một số quan điểm, có thể được coi là phản xạ bơm Puyuan), thu được trung bình (để cung cấp sự khuếch đại quang học, là cơ quan chính của laser, tức là thanh ruby), khoang cộng hưởng (khu vực nơi laser được hình thành, một tấm gương ở mỗi đầu có thể được sử dụng để tạo thành khoang cộng hưởng của laser ruby).

Phân tích kỹ lưỡng: laser đến từ đâu?

Khi làm việc, đầu tiên nạp năng lượng cho nguồn bơm, đèn flash krypton phát ra ánh sáng chói tần số cao (ánh sáng tán xạ), ánh sáng trực tiếp và ánh sáng tập trung từ phản xạ xung quanh tập trung ánh sáng chói trên môi trường thu được, ruby. Sau khi tinh thể ruby ​​hấp thụ bức xạ tập trung mạnh ánh sáng theo hướng xuyên tâm (xung quanh trục), các electron bên trong tỏa ra theo hướng năng lượng thấp. Kể từ khi hồng ngọc được chiếu xạ bằng ánh sáng mạnh, chỉ hướng trục là một vùng năng lượng thấp, và ruby ​​nhận được phát ra bức xạ theo hướng trục. Do vận tốc electron phi hạt nhân của các tinh thể bằng nhau, tần số của bức xạ phát ra dọc trục là đáng kể giống nhau.

Hốc bao gồm hai gương ở đầu trục của tinh thể ruby, cách nhau bằng gương, mặt sau là gương phản xạ tổng (phản xạ là 100%), và mặt trước là gương nửa (khi chùm tia đạt tới một năng lượng nhất định) , sẽ được truyền từ gương bên ngoài khoang đầu ra, độ phản xạ có thể là 70% -90%). Bức xạ phát ra từ tinh thể ruby ​​theo hướng trục chạm vào gương, được phản xạ qua lại giữa hai tấm gương, và liên tục đi xuyên qua tinh thể ruby. Mỗi khi bạn truyền qua tinh thể ruby, một lượng photon bằng nhau được kích thích, có nghĩa là, mỗi khi tinh thể đi qua, năng lượng chùm sẽ tăng gấp đôi. Khi năng lượng vượt quá một giá trị nhất định (ngưỡng), chùm phát ra ánh sáng từ giữa ống kính phía trước để tạo thành một laser.

Laser ruby ​​xuất ra laser với bước sóng 694,3 nm và tỷ lệ chuyển đổi quang điện thấp chỉ 0,1%. Tuy nhiên, tuổi thọ huỳnh quang dài của nó có lợi cho việc lưu trữ năng lượng, và nó có thể tạo ra công suất đỉnh xung cao.Độ dày của nạp tiền và laser được tạo ra bởi một thanh ruby ​​dài ngón tay có thể dễ dàng tạo ra một tấm sắt thâm nhập. Trước khi sự ra đời của laser YAG hiệu quả hơn , laser ruby ​​được sử dụng rộng rãi trong việc cắt và khoan bằng laser . Ngoài ra, ánh sáng 694 nm dễ dàng được hấp thụ bởi melanin, do đó laser ruby ​​cũng được sử dụng để điều trị các tổn thương sắc tố (đốm da dài).

Tại thời điểm này, tôi tin rằng tất cả mọi người có một sự hiểu biết rõ ràng hơn về nguyên tắc hình thành laser. Cấu trúc của các loại laser khác và sự hình thành laser hơi khác với laser của ruby, nhưng về cơ bản chúng giống nhau về nguyên tắc và sẽ không được phát triển.

Các tin khác