Лазерное строительство

Принципиальная схема типичного лазера, показывающая три основные части.

Лазер состоит из трех основных частей:

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

Источник насоса

Источник накачки — это часть, которая обеспечивает энергию лазерной системы. 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 (HeNe) лазер использует электрический разряд в газовой смеси гелий-неон, лазер Nd:YAG использует либо свет, сфокусированный ксеноновой импульсной лампой , либо диодными лазерами , а эксимерные лазеры используют химическую реакцию.

Усиление среднее/лазерное среднее

Усиливающая среда является основным фактором, определяющим рабочую длину волны и другие свойства лазера. Усиливающие среды в разных 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 ( типов лазеров список наиболее важных из них см. в списке ). Усиливающая среда возбуждается источником накачки для создания инверсии населенности , и именно в усиливающей среде происходит спонтанное и вынужденное излучение фотонов, что приводит к явлению оптического усиления или усиления.

Примеры различных сред усиления включают в себя:

Жидкости, такие как лазеры на красителях. Обычно это органические химические растворители , такие как метанол , этанол или этиленгликоль , к которым добавляются химические красители, такие как кумарин , родамин и флуоресцеин . Точная химическая конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны лазера на красителе .
Газы, такие как углекислый газ , аргон , криптон и смеси, такие как гелий - неон . Эти лазеры часто накачиваются электрическим разрядом.
Твердые тела, такие как кристаллы и стекла . Твердые материалы обычно легируются примесями, такими как хрома , неодима , эрбия или титана ионы . Типичные хозяева включают YAG ( алюмоиттриевый ) гранат ), YLF (фторид лития иттрия сапфир , ( оксид алюминия) и различные стекла. Примеры твердотельных лазерных сред включают Nd:YAG, Ti:сапфир , Cr:сапфир (обычно известный как рубин ), Cr:LiSAF (легированный хромом литий- стронцийалюминийфторид ), Er:YLF, Nd:стекло и Er: стекло. Твердотельные лазеры обычно накачиваются лампами-вспышками или светом другого лазера.
Полупроводники — тип твердого тела, кристалла с равномерным распределением легирующей примеси или материала с различным уровнем легирующей примеси, в котором движение электронов может вызвать лазерное воздействие. Полупроводниковые лазеры, как правило, очень малы и могут накачиваться простым электрическим током, что позволяет использовать их в потребительских устройствах, таких как проигрыватели компакт-дисков . См. лазерный диод .

Оптический резонатор

Оптический резонатор или оптический резонатор в своей простейшей форме представляет собой два параллельных зеркала, расположенных вокруг усиливающей среды, которые обеспечивают обратную связь света. Зеркала имеют оптическое покрытие , определяющее их отражающие свойства. Обычно один из них представляет собой высокий отражатель , а другой — частичный отражатель . Последний называется выходным ответвителем , поскольку он позволяет части света покидать резонатор и создавать выходной луч лазера.

Свет из среды, создаваемый спонтанным излучением , отражается зеркалами обратно в среду, где он может быть усилен за счет вынужденного излучения . Свет может отражаться от зеркал и, таким образом, проходить через усиливающую среду много сотен раз, прежде чем покинуть резонатор. В более сложных лазерах используются конфигурации с четырьмя и более зеркалами, образующими резонатор. Конструкция и ориентация зеркал относительно среды 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 создание импульсов лазерного света.

Некоторые лазеры не используют оптический резонатор, а вместо этого полагаются на очень высокое оптическое усиление для создания значительного усиленного спонтанного излучения (ASE) без необходимости обратной связи света обратно в усиливающую среду. Такие лазеры называются суперлюминесцентными и излучают свет с низкой когерентностью , но с широкой полосой пропускания . Поскольку в них не используется оптическая обратная связь, эти устройства часто не относят к лазерам.

См. также

Ссылки

Кехнер, Уолтер (1992). Твердотельная лазерная техника , 3-е изд., Springer-Verlag. ISBN 0-387-53756-2

Внешние ссылки

Часто задаваемые вопросы по лазерам Сэма. Практическое руководство по лазерам для экспериментаторов и любителей.