Introduction to the types, uses and principles of lasers

Type of use

The pure quality and stable spectrum of light emitted by lasers can be applied in many ways.

Ruby laser: The original laser was a ruby that was excited by a bright flash bulb, and the laser produced was a "pulse laser" rather than a continuous and stable beam. The quality of the speed of light produced by this laser is fundamentally different from the laser produced by the laser diodes we use. This intense light emission, which lasts only a few nanoseconds, is ideal for capturing easily moving objects, such as holographic portraits of people. The first laser portrait was born in 1967. Ruby lasers require expensive rubies and produce only brief pulses of light.

Helium-neon laser: In 1960, scientists Ali Javan, William R.Brennet Jr. and Donald Herriot designed a helium-neon laser. It was the first gas laser, a type of equipment commonly used by holographic photographers. Two advantages: 1. Continuous laser output is generated; 2. No flash bulb is needed for light excitation, but gas is excited by electricity.

Diodo láser: El diodo láser es uno de los láseres más utilizados en la actualidad. El fenómeno de recombinación espontánea de electrones y huecos a ambos lados de la unión PN del diodo para emitir luz se denomina emisión espontánea. Cuando los fotones generados por emisión espontánea atraviesan el semiconductor, una vez que pasan cerca de los pares electrón-hueco emitidos, pueden ser estimulados a recombinarse para generar nuevos fotones, los cuales inducen la recombinación de portadores excitados para emitir nuevos fotones El fenómeno se denomina estimulado emisión. Si la corriente de inyección es lo suficientemente grande, se formará la distribución de portadores opuesta al estado de equilibrio térmico, es decir, la población de partículas se invierte. Cuando se invierte un gran número de portadoras en la capa activa, una pequeña cantidad de fotones generados por radiación espontánea generará radiación inducida debido a la reflexión recíproca en ambos extremos del resonador, lo que dará como resultado una retroalimentación positiva de resonancia selectiva de frecuencia, o una ganancia para una determinada frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida por absorción, se puede emitir luz coherente con buenas líneas espectrales desde la unión PN—láser. La invención de los diodos láser ha hecho que las aplicaciones láser sean rápidamente populares, y varias aplicaciones, como el escaneo de información, la comunicación por fibra óptica, el alcance láser, el radar láser, los discos láser, los punteros láser, el cobro de pagos en supermercados, etc., se desarrollan y popularizan constantemente. o una ganancia para una determinada frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida por absorción, se puede emitir luz coherente con buenas líneas espectrales desde la unión PN—láser. La invención de los diodos láser ha hecho que las aplicaciones láser sean rápidamente populares, y varias aplicaciones, como el escaneo de información, la comunicación por fibra óptica, el alcance láser, el radar láser, los discos láser, los punteros láser, el cobro de pagos en supermercados, etc., se desarrollan y popularizan constantemente. o una ganancia para una determinada frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida por absorción, se puede emitir luz coherente con buenas líneas espectrales desde la unión PN—láser. La invención de los diodos láser ha hecho que las aplicaciones láser sean rápidamente populares, y varias aplicaciones, como el escaneo de información, la comunicación por fibra óptica, el alcance láser, el radar láser, los discos láser, los punteros láser, el cobro de pagos en supermercados, etc., se desarrollan y popularizan constantemente.

Introducción al principio

A excepción del láser de electrones libres, el principio básico de funcionamiento de todos los tipos de láseres es el mismo. Las condiciones esenciales para la generación de láser son la inversión del número de partículas y la ganancia mayor que la pérdida, por lo que los componentes esenciales del dispositivo incluyen una fuente de excitación (o bombeo) y un medio de trabajo con un nivel de energía metaestable. La excitación es la excitación del medio de trabajo a un estado excitado después de absorber energía externa, creando condiciones para la realización y mantenimiento de la inversión de la población de partículas. Los métodos de excitación incluyen excitación óptica, excitación eléctrica, excitación química y excitación por energía nuclear. El nivel de energía metaestable del medio de trabajo hace que la radiación estimulada sea dominante, logrando así la amplificación de la luz. El componente común en el láser es el resonador, pero el resonador (ver resonador óptico) no es una parte esencial. El resonador puede hacer que los fotones en la cavidad tengan una frecuencia, una fase y una dirección de funcionamiento constantes, de modo que el láser tenga una buena direccionalidad y coherencia. Además, puede acortar muy bien la longitud de la sustancia de trabajo y también puede ajustar el modo de la luz láser generada cambiando la longitud de la cavidad resonante (es decir, selección de modo), por lo que generalmente los láseres tienen una cavidad resonante.

Sustancia de trabajo láser

Se refiere al sistema de materiales utilizado para lograr la inversión del número de partículas y la amplificación de la radiación estimulada de la luz, a veces también llamado medio de ganancia láser, pueden ser sólidos (cristal, vidrio), gas (gas atómico, gas de iones, gas molecular), semiconductores y líquidos y otros medios. El requisito principal para la sustancia de trabajo del láser es lograr un alto grado de inversión de la población de partículas entre los niveles de energía específicos de sus partículas de trabajo tanto como sea posible, y mantener esta inversión lo más efectiva posible durante todo el proceso de emisión del láser; Por esta razón, se requiere que la sustancia de trabajo tenga una estructura de niveles de energía y características de transición adecuadas.

Sistema de bombeo de incentivo

Se refiere al mecanismo o dispositivo que proporciona la fuente de energía para la realización y mantenimiento de la inversión del número de partículas de la sustancia de trabajo del láser. Según la sustancia de trabajo y las condiciones de funcionamiento del láser, se pueden adoptar diferentes métodos de excitación y dispositivos de excitación, y los siguientes cuatro son comunes. ① Excitación óptica (bomba óptica). Utiliza la luz emitida por una fuente de luz externa para irradiar la sustancia de trabajo para lograr la inversión del número de partículas. Todo el dispositivo de excitación suele estar compuesto por una fuente de luz de descarga de gas (como una lámpara de xenón, una lámpara de criptón) y un concentrador. Este método de excitación también se denomina bombeado por lámpara. ②Excitación por descarga de gas. El proceso de descarga de gas en la sustancia de trabajo de gas se utiliza para realizar la inversión del número de partículas, y todo el dispositivo de excitación suele estar compuesto por un electrodo de descarga y una fuente de alimentación de descarga. ③ incentivos químicos. La inversión del número de partículas se logra utilizando el proceso de reacción química que ocurre dentro de la sustancia de trabajo y, por lo general, requiere reactivos químicos apropiados y las medidas de activación correspondientes. ④ incentivos a la energía nuclear. Utiliza fragmentos de fisión, partículas de alta energía o radiación producida por pequeñas reacciones de fisión nuclear para excitar el material de trabajo y realizar la inversión del número de partículas. y generalmente requiere reactivos químicos apropiados y las correspondientes medidas de activación. ④ incentivos a la energía nuclear. Utiliza fragmentos de fisión, partículas de alta energía o radiación producida por pequeñas reacciones de fisión nuclear para excitar el material de trabajo y realizar la inversión del número de partículas. y generalmente requiere reactivos químicos apropiados y las correspondientes medidas de activación. ④ incentivos a la energía nuclear. Utiliza fragmentos de fisión, partículas de alta energía o radiación producida por pequeñas reacciones de fisión nuclear para excitar el material de trabajo y realizar la inversión del número de partículas.

Cavidad óptica

Suele estar compuesto por dos espejos con determinada forma geométrica y características de reflexión óptica combinados de una manera específica. Las funciones son las siguientes: ①Proporciona capacidad de retroalimentación óptica, de modo que los fotones de radiación estimulados van y vienen en la cavidad varias veces para formar una oscilación continua coherente. ② Limite la dirección y la frecuencia del haz oscilante alternativo en la cavidad para garantizar que el láser de salida tenga cierta direccionalidad y monocromaticidad. El efecto de la cavidad resonante ① está determinado por la forma geométrica (radio de curvatura de la superficie reflectante) y la combinación relativa de los dos espejos que suelen formar la cavidad;