Принципы и типы лазеров

Принципы и видылазер
Что такое лазер?
ЛАЗЕР (усиление света путем стимулированного излучения); Для лучшего понимания взгляните на изображение ниже:

Атом, находящийся на более высоком энергетическом уровне, спонтанно переходит на более низкий энергетический уровень и испускает фотон; этот процесс называется спонтанным излучением.
Популярность можно понять следующим образом: мяч лежит на земле в наиболее подходящем для него положении, когда его подталкивает в воздух внешняя сила (это называется «накачиванием»), в момент исчезновения внешней силы мяч падает с большой высоты и высвобождает определенное количество энергии. Если мяч представляет собой конкретный атом, то этот атом испускает фотон определенной длины волны во время перехода.

Классификация лазеров
Люди освоили принцип генерации лазерного излучения и начали разрабатывать различные формы лазеров. Если классифицировать их по материалу, из которого они работают, то можно выделить газовые лазеры, твердотельные лазеры, полупроводниковые лазеры и т.д.
1. Классификация газовых лазеров: атом, молекула, ион;
Рабочим веществом газового лазера является газ или пар металла, что характеризуется широким диапазоном длин волн лазерного излучения. Наиболее распространенным является CO2-лазер, в котором CO2 используется в качестве рабочего вещества для генерации инфракрасного лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм путем возбуждения электрическим разрядом.
Поскольку рабочим веществом газового лазера является газ, общая конструкция лазера слишком велика, а выходная длина волны слишком велика, что приводит к низкой эффективности обработки материалов. Поэтому газовые лазеры быстро исчезли с рынка и используются лишь в определенных областях, например, для лазерной маркировки некоторых пластиковых деталей.
2, твердотельный лазерКлассификация: рубин, Nd:YAG и др.;
В качестве рабочего материала твердотельного лазера используются рубин, неодимовое стекло, иттрий-алюминиевый гранат (YAG) и др., представляющие собой небольшое количество ионов, равномерно внедренных в кристалл или стекло материала в качестве матрицы, называемых активными ионами.
Твердотельный лазер состоит из рабочего вещества, системы накачки, резонатора и системы охлаждения и фильтрации. Черный квадрат в центре изображения ниже — это лазерный кристалл, который выглядит как светлое прозрачное стекло и состоит из прозрачного кристалла, легированного редкоземельными металлами. Это особая структура атома редкоземельного металла, которая при освещении источником света (просто представьте, что множество шариков на земле поднимаются в воздух) приводит к инверсии населенности частиц, а затем к испусканию фотонов при переходе частиц. Когда количество фотонов становится достаточным, формируется лазерный луч. Для обеспечения направленного излучения лазерного луча используются полные зеркала (левая линза) и полуотражающие выходные зеркала (правая линза). При выходе лазерного луча, посредством определенной оптической схемы, формируется лазерная энергия.

3, полупроводниковый лазер
Полупроводниковые лазеры можно вкратце представить как фотодиод: в диоде имеется PN-переход, и при подаче определенного тока происходит электронный переход в полупроводнике, испускающий фотоны и создающий лазерное излучение. Когда энергия лазерного излучения, испускаемого полупроводником, невелика, в качестве источника накачки (возбуждения) можно использовать маломощное полупроводниковое устройство.волоконный лазерТаким образом, формируется волоконный лазер. Если мощность полупроводникового лазера дополнительно увеличить до такой степени, что его можно будет напрямую направлять на обрабатываемые материалы, он становится прямым полупроводниковым лазером. В настоящее время на рынке представлены прямые полупроводниковые лазеры мощностью до 10 000 ватт.

Помимо упомянутых выше лазеров, были также изобретены жидкостные лазеры, известные также как топливные лазеры. Жидкостные лазеры сложнее по объему и используемому веществу, чем твердотельные, и применяются гораздо реже.