Лазерно устройство

Лазерътсе състои от три основни компонента (вижте фиг. 1):

Източник на енергия (с включване на механизма за "изпомпване" на енергия)
Основната работна течност (например рубин)
Огледални системи ("оптичен резонатор")

Съдържание

Въведение [редактиране]

Лазерното лъчение (феномен) се състои в това, че възбуден атом е в състояние да излъчи фотон под действието на друг фотон, без да го абсорбира, ако енергията на последния е равна на разликата в енергиите на нивата на атома преди и след излъчването. В този случай излъченият фотон е кохерентен на фотона, който е причинил емисията (излъченият фотон е "точно копие" на фотона, който го е "провокирал"). По този начин има усилване на светлинния поток от електромагнитно излъчване. За разлика от спонтанното излъчване, при което излъчените фотони имат произволна посока на разпространение, в този случай излъчването на насочен усилен лъч се осъществява чрез поляризация и еднаква фаза на трептенето [2] [3]

Източник на енергия[редактиране]

Източникът на помпата доставя енергия на системата за формиране на лазерен лъч. Източниците на енергия могат да бъдат:

Видът на използваното "изпомпващо" устройство директно зависи от използвания работен флуид и също така определя начина, по който енергията се подава към системата за формиране на лъча. Например хелиево-неонови лазери използват електрически разряди в хелиево-неонова газова смес, а лазерите на базата на итриев алуминиев гранат с добавка на неодим (Nd:YAG лазери) използват фокусираната светлина на ксенонова светкавица, ексимерните лазери използват енергията на химичните реакции.

Работно тяло[редактиране]

Основният компонент, който определя работната дължина на вълната, както и други свойства на лазера, е работната течност. Има голямброя на различните работни тела, на базата на които може да се изгради лазер. Работната течност се "изпомпва", за да се получи ефектът на инверсия на електронното население, което предизвиква стимулирано излъчване на фотони и ефект на оптично усилване.

В лазерите се използват следните работни тела:

Течност, например в багрилни лазери. Те се състоят от органичен разтворител, като метанол, етанол или етиленгликол, в който са разтворени химически багрила, като кумарин или родамин. Конфигурацията на молекулите на багрилото определя работната дължина на вълната.
Газове като въглероден диоксид, аргон, криптон или смеси като тези, открити в хелиево-неонови лазери. Такива лазери най-често се изпомпват с електрически разряди.
Твърди вещества като кристали и стъкло. Твърдият материал обикновено е легиран (активиран) с малки количества хромови, неодимови, ербиеви или титаниеви йони. Типичните използвани кристали са итриев алуминиев гранат (YAG), итриев литиев флуорид (YLF), сапфир (алуминиев оксид) и силикатно стъкло. Най-често срещаните опции са Nd:YAG, титан-сапфир, хром-сапфир (известен също като рубин), добавен на хром стронциев-литиево-алуминиев флуорид (Cr:LiSAF), Er:YLF и Nd:стъкло (неодимиево стъкло), нови оптични материали на базата на нанопрахови оксиди LuY03 с размер 2–28 nm. От който се приготвя заряд от оксиди Lu203 и Y203, взети в стехиометрично съотношение; след което сместа се смила и пресова под налягане от 35 MPa с температура на изпичане от 1200°C. Получената прозрачна керамика е незаменима във вълноводите на лазерните влакна. Твърдотелните лазери обикновено се изпомпват с флаш лампа или друг лазер.
полупроводници. Материал, в който преходът на електрони между енергийните нива можепридружен от радиация. Полупроводниковите лазери са много компактни, електрически изпомпвани, което ги прави подходящи за използване в потребителски устройства като CD плейъри.

Оптичен резонатор[редактиране]

Около работното тяло на лазера е разположен оптичен резонатор, чиято най-проста форма е две успоредни огледала. Принуденото излъчване на работното тяло се отразява обратно от огледалата и, попадайки в тялото, отново се усилва. Електромагнитната вълна може да бъде отразена много пъти, преди да излезе. По-сложните лазери използват четири или повече огледала, за да образуват резонатор. Качеството и точността на изработката и монтажа на тези огледала е основният резултатен показател за качеството на получения лазерен лъч от лазерната инсталация.

Допълнителни устройства[редактиране]

Също така в лазерната система могат да се монтират допълнителни устройства за получаване на различни ефекти, като въртящи се огледала, модулатори, филтри и абсорбери. Използването им ви позволява да променяте параметрите на лазерното лъчение, например дължина на вълната, продължителност на импулса и др.

Нови лазери за науката и индустрията[редактиране]

Регулируеми титаниево-сапфирови и багрилни лазери[редактиране]

. С удвоител на честотата, работният спектрален диапазон на тези лазери може да бъде разширен в UV областта, в диапазона от 285-350 nm. Използването на активна среда с широколентов спектър на излъчване прави възможно създаването на лазер, в който дължината на вълната може непрекъснато да варира в широк диапазон. Багрилните лазери имат висок диапазон на настройка, състоящ се от много спектрални поддиапазони с ширина

50-80 nm за всяко багрило. Приложение на багрилни лазериза получаване на регулируемо по дължината на вълната излъчване в центъра на видимия диапазон на спектъра - най-простият и ефективен подход за внедряване на необходимия източник на лазерно лъчение в тази област на спектъра.