Editorial Feature

激光如何工作?

激光(通过刺激辐射发射光放大)是现代世界中最无处不在的技术和多功能的技术之一。它们在各种领域至关重要,如数据存储,视觉校正手术,显示屏,高精度测量和测量,甚至核聚变研究。

激光器利用称为量子效应"stimulated emission"制造一束相干,单色光 - 光波,该光波完全振荡地振荡。

这与大多数其他光源相反,这在宽范围的波长范围内产生未聚焦的光 - 结果是非常直的和明亮的。激光光的特殊性能打开许多普通光不适合的应用。

激光如何工作(理论上)

图1。 分钟物理概述了激光的基本原则,并解释了刺激的排放方式。

发现激光器

利用刺激发射产生紧密聚焦的梁的概念,首先在1954年实现了实现的,尽管我们对所涉及的物理原则的了解在此之前,但在1917年开始于爱因斯坦开始的几十年。

纽约哥伦比亚大学的查尔斯镇,独立地,莫斯科勒贝韦研究所Basov博士和Prochorov博士开发了第一个"MASER" - 有效地发射微波辐射而不是可见光的激光。所有三家科学家都奖励了诺贝尔奖。

到1960年,可用的技术进展到足以允许开发的第一可见光激光 - 激发发光材料所需的能量远高于蒙皮所需的量。西奥多梅班建于休斯研究实验室的第一个红宝石激光器,其在694.3nm处发出了脉冲的激光束。

激光的结构和操作

最基本的激光器由两个镜子的光学谐振腔内的增益介质组成。

当增益介质中的颗粒通过电流,普通光源或甚至另一个激光器通电时,电子被泵入临时激发状态。当该状态衰减时,粒子发出特定波长的光子。

在整个激光器中,这产生了相同波长的非常大量的光子。材料内部的数十亿光子 - 光子碰撞的净效应是光子变化为彼此的克隆 - 它们沿相同方向行进,以相同的频率在完美同步中振荡。

激光的频率取决于增益介质,该增益介质可以是晶体,半导体,气体或甚至有色液体。用于特定激光的材料取决于应用所需的光的波长。

通过增益介质中的颗粒发出的光子将与更多的颗粒碰撞,刺激更多的发射 - 一旦通过了一定的能量输入阈值,就会发生比吸收的更多发射,并且光被放大。

镜子系统通过介质反射向后和向前发射的光,从而增加其强度。经过一段时间,光线电平的能量,并且光成为真正的激光。

激光腔末端的一个镜子是半镀宽的 - 这将大部分光反射回腔(typically 1 - 5%),虽然让一些它出口。大多数激光器设计包括光开关,只有允许光在增益变得饱和时允许光留下腔。

图3。红宝石激光的能级图。来自广谱泵浦光的蓝色和绿灯激发红宝石中的电子'S铬离子宽阔 4F国家。然后通过亚稳定的电子衰减 2e双峰状态以产生波长为694.3nm的光子。

表格1。一些常见的激光材料及其输出波长

获得媒介 类型 波长 应用程序
CO.2 气体 10.6µm 手术,激光切割/标记,焊接
Ingaasp / Inp. 半导体 1000-1650 nm. 光纤通信
钛掺杂蓝宝石 水晶 650-1100 nm. 光谱,光子学,研究
红宝石 水晶 694.3 nm. RangeFinding,全息材料测试
allainp / gaas. 半导体 635-670 nm. DVD播放器,激光指示器
他是 气体 632.8 nm. 对齐,干涉仪
罗丹明6G. 染料 566 nm 可调调激的激光器,光谱学
Ingan / Gan在SIC上 半导体 380-470 nm. 数据存储

脉冲与连续波激光器

脉冲激光器

在脉冲激光器(例如Ruby激光器)中,一旦允许光从激光腔中逸出,在激光器中建立的能量就在光的短脉冲中排出,该光脉冲仅持续一秒钟的一部分。

然后激光立即开始充电,发出常规短脉冲,这可能非常强烈。最强大的脉冲激光器,用于试图点燃融合反应的研究设施,可以输出万亿瓦的峰值功率。

连续波激光器

有些激光可以运作"continuous wave"模式,发出源源不断的光流而不是脉冲。最常见的连续波激光器是氦 - 霓虹灯激光器和染料激光器。然而,并非所有增益媒体都可以持续运行。如果保持激光充电所需的功率太高,则必须持续再充电,这可能会损坏材料。

参考和进一步阅读

会出现

写道

会出现

将有一个b.sc.在达勒姆大学和M.SC.的化学中。从约克大学的绿色化学。当然,将是我们的居民化学专家,但是,对科学和互联网的热爱使得团队的全方位。在业余时间将喜欢播放鼓,煮熟和啤酒苹果酒。

引用

请使用以下格式之一在您的论文,纸张或报告中引用本文:

  • APA

    Souter,Will。(2019, September 13). 激光如何工作?. AZoOptics. Retrieved on May 17, 2021 from //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=368.

  • MLA.

    Souter,Will。"激光如何工作?". zoooptics.. 17 May 2021. <//www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=368>.

  • 芝加哥

    Souter,Will。"激光如何工作?". AZoOptics. //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=368. (accessed May 17, 2021).

  • 哈佛

    Souter,Will。2019. 激光如何工作?. AZoOptics, viewed 17 May 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=368.

告诉我们你的想法

您是否有审核,更新或任何您想要添加到本文的内容?

留下您的反馈意见
提交