Lézer elve

A lézerek elve a stimulált emisszión alapul, ezt a koncepciót először Einstein javasolta a 20. század elején. A fő folyamat a következő:

- Elektronátmenet: A munkaközegben lévő atomok vagy molekulák szivattyúforrás hatására nyernek energiát (például elektromos energia, fényenergia stb.), alacsony energiaszintről magas energiaszintre áttérve, gerjesztett állapotba kerülve. Mivel a magas energiaszint instabil, az atomok vagy molekulák spontán visszamennek az alacsony energiájú szintre, és a folyamat során fotonokat szabadítanak fel.

- Rezonáns üregreflexió: Ezek a fotonok oda-vissza visszaverődnek a rezonáns üregben, kölcsönhatásba lépnek a munkaközeg más gerjesztett állapotú atomjaival vagy molekuláival, és jobban stimulált emissziót váltanak ki. Ez a fotonok számának ugrásszerű növekedését okozza, ami nagy intenzitású, erősen monokromatikus és rendkívül irányított lézerfényt eredményez.

Lézer alkatrészek

A lézer alapvetően három részből áll: a munkaközegből, a szivattyúforrásból és a rezonáns üregből.

- Munkaközeg: Ez a lézergenerálás alapja. Olyan aktív közegből áll, amely lehetővé teszi a populáció inverzióját, például rubinból, neodímium üvegből vagy szén-dioxid gázból.

- Szivattyúforrás: Energiát ad a munkaközegnek, stimulált emissziót indukálva. Az általános módszerek közé tartozik az elektromos gerjesztés és az optikai gerjesztés.

- Rezonáns üreg: Teljes belső reflexiós tükrökből és részleges belső reflexiós tükrökből áll, visszacsatolást és oszcilláló környezetet biztosít a fotonoknak, lehetővé téve, hogy többször oda-vissza utazzanak az üregben, fokozva a stimulált emissziós hatást, és végső soron lézerkimenetet képezve.

Az egymódusú és a többmódusú lézerek közötti különbség

A fő különbség az egymódusú és a többmódusú lézerek között a kimeneti sugárban lévő módok számában rejlik.

- Egymódusú lézer: Csak egy fényterjedési módot támogat. Kiváló sugárminőséggel, jó irányultsággal és koherenciával, szabványos kör alakú sugárfolttal és kis eltérési szöggel rendelkezik. Alkalmas nagy pontosságú alkalmazásokhoz, például lézeres interferométerekhez és száloptikai kommunikációhoz.

- Többmódusú lézer: Többféle fényterjedési módot támogat. Nagy a kimenő nyaláb divergencia szöge, összetett nyaláb alakja és intenzitáseloszlása, valamint rövidebb koherenciahosszú, de nagy kimeneti teljesítménnyel rendelkezik. Alkalmas kevésbé igényes alkalmazásokhoz, például anyagfeldolgozáshoz és lézeres megvilágításhoz.

Lézerek – Gauss-sugarak

A lézereket Gauss-nyaláboknak nevezik, mert intenzitáseloszlásuk a keresztmetszetükön megközelítőleg megfelel a Gauss-függvénynek, ami azt jelenti, hogy az intenzitás magas a középpontban, és fokozatosan csökken a szélek felé, harang alakú görbét mutatva.

Ez az eloszlási jellemző a lézer önreprodukálhatóságából fakad a rezonáns üregen belüli kialakulása során; intenzitáseloszlása ​​diffrakció és terjedés után is Gauss-formát tart fenn. A Gauss-sugarak kiváló fókuszálási teljesítménnyel és monokromatikussággal rendelkeznek, hatékonyan csökkentik az üzemmód versenyt és javítják a sugár minőségét, így széles körben használják őket az optikai rendszerek tervezésében, lézeres feldolgozásában és más területeken.

Lézeres osztályozás A lézereket sokféleképpen osztályozhatjuk, amelyek közül az egyik a munkaközeg szerint:

- Szilárdtest-lézerek: szilárd anyagokat használnak munkaközegként, például neodímiummal adalékolt alumínium-gránát (Nd:YAG) lézereket. Ezek a lézerek általában nagy teljesítményűek és jó stabilitásúak, és széles körben használják az ipari feldolgozásban, az orvostudományban és a tudományos kutatásban.

- Gázlézerek: Ezek gázokat használnak munkaközegként, például hélium-neon lézereket (He-Ne) és szén-dioxid lézereket (CO2). A gázlézerek széles körben alkalmazhatók a látható és infravörös spektrális régiókban.

- Folyékony lézerek: Más néven festéklézerek, ezek szerves festékoldatokat használnak munkaközegként. Hullámhossz hangolhatóságuk egyedülálló előnyöket biztosít számukra a tudományos kutatásban és a biomedicinában.

- Félvezető lézerek: ezek munkaközegként félvezető anyagokat, például lézerdiódákat használnak. Ezek a lézerek a miniatürizálás és az integráció előnyeit kínálják, és széles körben használják az optikai kommunikációban, a lézernyomtatásban és más területeken.

- Szabadelektron lézerek: ezek nagy sebességű szabad elektronsugarat használnak munkaközegként. A kimeneti teljesítmény és hullámhossz széles skáláját kínálják, így alkalmasak nagyenergiájú fizikára és röntgenspektroszkópiára.