Molao-motheo oa ho Hlahisa Laser

Ke hobane'ng ha re hloka ho tseba molao-motheo oa lasers?

Ho tseba phapang pakeng tsa li-laser tse tloaelehileng tsa semiconductor, likhoele, li-disc, leLesetara ea YAGe ka boela ea thusa ho fumana kutloisiso e betere le ho kenella lipuisanong tse ling nakong ea ts'ebetso ea khetho.

Sehlooho sena se shebane haholo le saense e tsebahalang: selelekela se sekhutšoanyane sa molao-motheo oa tlhahiso ea laser, sebopeho se seholo sa laser, le mefuta e 'maloa e tloaelehileng ea laser.

Ntlha ea pele, molao-motheo oa tlhahiso ea laser

Laser e hlahisoa ka tšebelisano pakeng tsa leseli le taba, e tsejoang e le ho eketsa mahlaseli a susumelitsoeng; Ho utloisisa ho eketsa mahlaseli a susumelitsoeng ho hloka ho utloisisa likhopolo tsa Einstein tsa ho ntša mahlaseli a sa reroang, ho monya ho susumelitsoeng, le mahlaseli a susumelitsoeng, hammoho le metheo e meng ea bohlokoa ea khopolo-taba.

Motheo oa Khopolo-taba 1: Mohlala oa Bohr

Mohlala oa Bohr o fana haholo-holo ka sebopeho sa ka hare sa liathomo, e leng se etsang hore ho be bonolo ho utloisisa hore na li-laser li etsahala joang. Athomo e entsoe ka nucleus le lielektrone tse ka ntle ho nucleus, 'me li-orbital tsa lielektrone ha li ikemisetse. Lielektrone li na le li-orbital tse itseng feela, tseo har'a tsona orbital e ka hare-hare e bitsoang boemo ba lefats'e; Haeba electron e le boemong ba lefats'e, matla a eona ke a tlase ka ho fetisisa. Haeba electron e tlola ho tsoa ho orbit, e bitsoa boemo ba pele ba thabo, 'me matla a boemo ba pele ba thabo a tla ba holimo ho feta a boemo ba lefats'e; orbit e 'ngoe e bitsoa boemo ba bobeli ba thabo;

Lebaka leo ka lona laser e ka bang teng ke hobane dielektrone di tla tsamaya ka ditsela tse fapaneng mohlaleng ona. Haeba dielektrone di monya matla, di ka matha ho tloha boemong ba lefatshe ho ya boemong ba thabo; Haeba elektrone e kgutla ho tloha boemong ba thabo ho ya boemong ba lefatshe, e tla lokolla matla, ao hangata a lokollwang ka sebopeho sa laser.

Motheo oa Khopolo-taba 2: Khopolo-taba ea Mahlaseli a Susumelitsoeng ea Einstein

Ka 1917, Einstein o ile a hlahisa khopolo-taba ea mahlaseli a hlasimolohileng, e leng motheo oa khopolo-taba oa tlhahiso ea laser le laser: ho monngoa kapa ho ntšoa ha lintho ke phello ea tšebelisano-'moho pakeng tsa tšimo ea mahlaseli le likaroloana tse etsang lintho, 'me motheo oa eona oa mantlha ke phetoho ea likaroloana pakeng tsa maemo a fapaneng a matla. Ho na le mekhoa e meraro e fapaneng tšebelisanong pakeng tsa leseli le lintho: ho ntšoa ha leseli ka tšohanyetso, ho ntšoa ha lintho ka mokhoa o hlasimolohileng, le ho ntšoa ha lintho ka mokhoa o hlasimolohileng. Bakeng sa sistimi e nang le palo e kholo ea likaroloana, mekhoa ena e meraro e lula e le teng 'me e amana haufi-ufi.

Ho ntšoa ha moea ka tšohanyetso:

Jwalo ka ha ho bontshitswe setshwantshong: electron e maemong a phahameng a matla E2 e fetohela ka boiketsetso ho ya boemong ba matla a tlase E1 mme e ntsha photon e nang le matla a hv, le hv=E2-E1; Tshebetso ena ya phetoho e sa reroang le e sa amaneng le yona e bitswa phetoho e sa reroang, mme maqhubu a lesedi a ntshwang ke diphetoho tse sa reroang a bitswa mahlaseli a sa reroang.

Litšobotsi tsa ho ntšoa ha mahlaseli ka tšohanyetso: Photon ka 'ngoe e ikemetse, e na le litsela le mekhahlelo e fapaneng, 'me nako ea ho hlaha ha mahlaseli le eona ke ea tšohanyetso. Ke ea leseli le sa utloahaleng le le ferekaneng, e seng leseli le hlokoang ke laser. Ka hona, ts'ebetso ea tlhahiso ea laser e hloka ho fokotsa mofuta ona oa leseli le sa utloahaleng. Ena hape ke e 'ngoe ea mabaka a etsang hore bolelele ba maqhubu a mahlaseli a fapaneng a mahlaseli a fapaneng bo be le khanya e sa utloahaleng. Haeba e laoloa hantle, karolo ea ho ntšoa ha mahlaseli ka tšohanyetso ka har'a laser e ka hlokomolohuoa. Ha laser e hloekile haholoanyane, joalo ka 1060 nm, kaofela ke 1060 nm, Mofuta ona oa laser o na le sekhahla se tsitsitseng sa ho monya le matla.

Ho monya ho susumelitsoeng:

Dielektrone tse maemong a tlase a eneji (di-orbital tse tlase), ka mora ho monya di-photon, phetoho ho ya maemong a hodimo a eneji (di-orbital tse phahameng), mme tshebetso ena e bitswa ho monya ho susumeditsweng. Ho monya ho susumeditsweng ke ntho ya bohlokwa mme ke e nngwe ya ditshebetso tsa bohlokwa tsa ho pompa. Mohlodi wa pompo wa laser o fana ka matla a photon ho baka dikarolwana tse bohareng ba phihlello ho ya phetohong le ho emela mahlaseli a susumeditsweng maemong a hodimo a eneji, a ntshang laser.

Mahlaseli a susumelitsoeng:

Ha e bonesoa ke leseli la matla a kantle (hv=E2-E1), elektrone e boemong bo phahameng ba matla e tsosoa ke photon ea kantle 'me e tlolela boemong bo tlase ba matla (sebaka se phahameng se mathela ho potoloho e tlase). Ka nako e ts'oanang, e ntša photon e ts'oanang hantle le photon ea kantle. Ts'ebetso ena ha e monye leseli la pele la ho hlasimolla, kahoo ho tla ba le li-photon tse peli tse tšoanang, tse ka utloisisoang ha elektrone e ntša photon e neng e monyetsoe pele. Ts'ebetso ena ea khanya e bitsoa mahlaseli a hlasimollang, e leng ts'ebetso e fapaneng ea ho monya ho hlasimollang.

Kamora hore khopolo-taba e hlake, ho bonolo haholo ho haha ​​​​lesetara, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong se kaholimo: tlas'a maemo a tloaelehileng a botsitso ba thepa, boholo ba lielektrone li boemong ba mobu, lielektrone li boemong ba mobu, 'me laser e itšetlehile ka mahlaseli a hlasimolohileng. Ka hona, sebopeho sa laser ke ho lumella ho monngoa ho hlasimolohileng ho etsahala pele, ho tlisa lielektrone boemong bo phahameng ba matla, ebe ho fana ka pherekano ho etsa hore palo e kholo ea lielektrone tse boemong bo phahameng ba matla li fete mahlaseling a hlasimolohileng, li lokolle li-photon. Ho tloha ho sena, laser e ka hlahisoa. Ka mor'a moo, re tla hlahisa sebopeho sa laser.

Sebopeho sa laser:

Bapisa sebopeho sa laser le maemo a tlhahiso ea laser a boletsoeng pejana ka bonngoe:

Boemo ba ketsahalo le sebopeho se tsamaellanang:

1. Ho na le sebaka sa ho fumana matla se fanang ka phello ea ho holisa matla joalo ka sebaka sa ho sebetsa sa laser, 'me likaroloana tsa sona tse sebetsang li na le sebopeho sa boemo ba matla se loketseng ho hlahisa mahlaseli a susumelitsoeng (haholo-holo a khonang ho pompa lielektrone ho li-orbital tse nang le matla a mangata 'me li be teng ka nako e itseng, ebe li lokolla li-photon ka moea o le mong ka mahlaseli a susumelitsoeng);

2. Ho na le mohlodi wa kantle wa ho hlasimolla (mohlodi wa pompo) o ka pompang dielektrone ho tloha boemong bo tlase ho ya boemong bo hodimo, e leng se bakang phetoho ya palo ya dikarolwana pakeng tsa maemo a hodimo le a tlase a laser (ke hore, ha ho na le dikarolwana tse nang le matla a mangata ho feta dikarolwana tse nang le matla a tlase), jwalo ka lebone la xenon ho di-laser tsa YAG;

3. Ho na le sebaka se nang le modumo se ka finyellang ho sisinyeha ha laser, ho eketsa bolelele ba mosebetsi oa thepa e sebetsang ea laser, ho sireletsa mokhoa oa leqhubu la leseli, ho laola tataiso ea ho phatlalatsoa ha lehlaseli, ho eketsa ka mokhoa o ikhethileng maqhubu a mahlaseli a hlasimolohileng ho ntlafatsa monochromaticity (ho netefatsa hore laser e hlahisoa ka matla a itseng).

Sebopeho se tsamaellanang se bontshitswe setshwantshong se ka hodimo, e leng sebopeho se bonolo sa laser ya YAG. Meaho e meng e ka ba e rarahaneng haholoanyane, empa ntlha ya mantlha ke ena. Tshebetso ya tlhahiso ya laser e bontshitswe setshwantshong:

Sehlopha sa laser: ka kakaretso se arotsoe ka mokhoa oa gain medium kapa ka mokhoa oa matla a laser

Sehlopha se mahareng sa phaello:

Laser ea carbon dioxide: Karolo ea gain medium ea laser ea carbon dioxide ke helium leLesetara ea CO2,ka bolelele ba leqhubu la laser ba 10.6um, e leng e 'ngoe ea lihlahisoa tsa pele tsa laser tse ileng tsa qalisoa. Ho tjheseletsa ha pele ka laser ho ne ho thehiloe haholo-holo ho laser ea carbon dioxide, eo hona joale e sebelisoang haholo bakeng sa ho tjheseletsa le ho seha thepa e seng ea tšepe (masela, polasetiki, lehong, jj.). Ho phaella moo, e boetse e sebelisoa mechineng ea lithography. Laser ea carbon dioxide e ke ke ea fetisoa ka likhoele tsa optical 'me e tsamaea ka litsela tsa optical tsa sebaka, Tongkuai ea pele e entsoe hantle haholo, 'me ho sebelisitsoe lisebelisoa tse ngata tsa ho seha;

Laser ea YAG (yttrium aluminium garnet): Likristale tsa YAG tse nang le li-ion tsa tšepe tsa neodymium (Nd) kapa yttrium (Yb) li sebelisoa e le sebaka sa ho fumana khanya ea laser, ka bolelele ba leqhubu la tlhahiso ea 1.06um. Laser ea YAG e ka ntša li-pulse tse phahameng, empa matla a tloaelehileng a tlase, 'me matla a tlhōrō a ka fihla makhetlo a 15 ho feta matla a tloaelehileng. Haeba haholo-holo e le laser ea pulse, tlhahiso e tsoelang pele e ke ke ea finyelloa; Empa e ka fetisoa ka likhoele tsa optical, 'me ka nako e ts'oanang, sekhahla sa ho monya ha thepa ea tšepe sea eketseha, 'me e qala ho sebelisoa linthong tse phahameng tsa ho bonahatsa khanya, e sebelisoang pele tšimong ea 3C;

Laser ea faeba: Sesebelisoa se seholo sa hona joale 'marakeng se sebelisa fiber e nang le ytterbium doped e le sesebelisoa sa ho fumana matla, se nang le bolelele ba leqhubu ba 1060nm. E arotsoe hape ka fiber le laser ea disc ho latela sebopeho sa sesebelisoa; Fiber optic e emela IPG, ha disc e emela Tongkuai.

Laser ea semiconductor: Gain medium ke kopano ea semiconductor PN, 'me bolelele ba leqhubu la laser ea semiconductor bo boholo ba 976nm. Hona joale, laser ea semiconductor near-infrared e sebelisoa haholo bakeng sa ho koahela, ka matheba a leseli a kaholimo ho 600um. Laserline ke khoebo e emelang laser ea semiconductor.

E arotsoe ka mofuta oa ketso ea matla: Pulse laser (PULSE), quasi continuous laser (QCW), continuous laser (CW)

Laser ea pulse: nanosecond, picosecond, femtosecond, laser ena ea pulse ea maqhubu a phahameng (ns, bophara ba pulse) hangata e ka fihlella matla a phahameng a peak, ts'ebetso ea maqhubu a phahameng (MHZ), e sebelisetsoang ho sebetsana le koporo e tšesaane le lisebelisoa tse fapaneng tsa aluminium, hammoho le ho hloekisa haholo-holo. Ka ho sebelisa matla a phahameng a peak, e ka qhibilihisa thepa ea motheo kapele, ka nako e tlase ea ts'ebetso le sebaka se senyenyane se amehileng ke mocheso. E na le melemo ea ho sebetsana le thepa e tšesaane haholo (ka tlase ho 0.5mm);

Laser e tsoelang pele ea Quasi (QCW): Ka lebaka la sekhahla se phahameng sa ho pheta-pheta le potoloho e tlase ea mosebetsi (ka tlase ho 50%), bophara ba pulse eaLesetara ea QCWe fihla ho 50 us-50 ms, e tlatsa sekgeo pakeng tsa laser e tswelang pele ya fiber ya boemo ba kilowatt le laser ya pulse ya Q-switched; Matla a tlhoro ya laser e tswelang pele ya fiber ya quasi a ka fihla makgetlo a 10 a matla a tloaelehileng tlasa tshebetso ya mokgwa o tswelang pele. Li-laser tsa QCW ka kakaretso di na le mekgwa e mmedi, e nngwe ke ho tjheseletsa ho tswelang pele ka matla a tlase, mme e nngwe ke ho tjheseletsa ho pulsed ka matla a tlhoro a makgetlo a 10 a matla a tloaelehileng, e leng se ka fihlellang thepa e teteaneng le ho tjheseletsa ho feta mocheso, ha ka nako e ts'oanang se laola mocheso ka hara sebaka se senyenyane haholo;

Laser e Tsoelang Pele (CW): Ena ke eona e sebelisoang haholo, 'me boholo ba laser e bonoang 'marakeng ke laser ea CW e ntšang laser khafetsa bakeng sa ts'ebetso ea ho tjheseletsa. Laser ea fiber e arotsoe ka laser ea mode e le 'ngoe le ea mode e mengata ho latela bophara bo fapaneng ba mantlha le boleng ba mahlaseli, 'me e ka fetoloa ho latela maemo a fapaneng a ts'ebeliso.