Lazerių veikimo principas pagrįstas stimuliuojama emisija – koncepcija, kurią Einšteinas pirmą kartą pasiūlė XX amžiaus pradžioje. Pagrindinis procesas yra toks:
- Elektronų perėjimas: atomai arba molekulės darbinėje terpėje įgauna energiją veikiami siurblio šaltinio (pavyzdžiui, elektros energijos, šviesos energijos ir kt.), pereidami iš žemo energijos lygio į aukštą energijos lygį, pereidami į sužadinimo būseną. Kadangi aukštas energijos lygis yra nestabilus, atomai arba molekulės spontaniškai pereina atgal į žemos energijos lygį, išskirdami fotonus.
- Rezonansinės ertmės atspindys: šie fotonai atsispindi pirmyn ir atgal rezonansinėje ertmėje, sąveikaudami su kitais sužadintos būsenos atomais arba molekulėmis darbinėje terpėje, sukeldami labiau stimuliuojamą spinduliavimą. Dėl to fotonų skaičius staigiai didėja, todėl gaunama didelio intensyvumo, labai vienspalvė ir itin kryptinga lazerio šviesa.
Lazeris daugiausia susideda iš trijų dalių: darbinės terpės, siurblio šaltinio ir rezonansinės ertmės.
- Darbo terpė: tai yra lazerio generavimo pagrindas. Jį sudaro aktyvi terpė, leidžianti pakeisti populiaciją, pvz., rubinas, neodimio stiklas arba anglies dioksido dujos.
- Siurblio šaltinis: tiekia energiją darbo terpei, sukeldama stimuliuojamą emisiją. Įprasti metodai apima elektrinį sužadinimą ir optinį sužadinimą.
- Rezonansinė ertmė: sudaryta iš viso vidinio atspindžio veidrodžių ir dalinio vidinio atspindžio veidrodžių, jis suteikia grįžtamąjį ryšį ir svyruojančią aplinką fotonams, leidžiant jiems kelis kartus judėti pirmyn ir atgal ertmėje, sustiprinant stimuliuojamą spinduliuotės efektą ir galiausiai formuojant lazerio išėjimą.
Pagrindinis skirtumas tarp vienmodžių ir daugiamodžių lazerių yra išėjimo pluošto režimų skaičius.
- Vieno režimo lazeris: palaiko tik vieną šviesos sklidimo režimą. Jis pasižymi aukšta spindulių kokybe, geru kryptingumu ir darna, standartine apskrito spindulio tašku ir nedideliu nukrypimo kampu. Jis tinka didelio tikslumo programoms, tokioms kaip lazeriniai interferometrai ir šviesolaidinis ryšys.
- Kelių režimų lazeris: palaiko kelis šviesos sklidimo režimus. Jis turi didelį išėjimo pluošto divergencijos kampą, sudėtingą pluošto formą ir intensyvumo pasiskirstymą bei trumpesnį koherencijos ilgį, bet didelę išėjimo galią. Jis tinka mažiau reiklioms reikmėms, tokioms kaip medžiagų apdorojimas ir lazerinis apšvietimas.
Lazeriai vadinami Gauso spinduliais, nes jų intensyvumo pasiskirstymas skerspjūvyje maždaug atitinka Gauso funkciją, o tai reiškia, kad intensyvumas yra didelis centre ir palaipsniui mažėja link kraštų, parodydamas varpo formos kreivę.
Ši pasiskirstymo charakteristika kyla iš lazerio savaiminio atkuriamumo jam formuojantis rezonansinėje ertmėje; net po difrakcijos ir sklidimo jo intensyvumo pasiskirstymas išlaiko Gauso formą. Gauso pluoštai pasižymi puikiomis fokusavimo savybėmis ir monochromatiškumu, efektyviai sumažina režimų konkurenciją ir pagerina pluošto kokybę, todėl jie plačiai naudojami optinių sistemų projektavimui, apdorojimui lazeriu ir kitose srityse.
Lazerinė klasifikacija Lazeriai gali būti klasifikuojami įvairiais būdais, vienas iš jų yra pagal darbo terpę:
- Kietojo kūno lazeriai: juose kaip darbo terpė naudojamos kietos medžiagos, pvz., neodimiu legiruoti aliuminio granato (Nd:YAG) lazeriai. Šie lazeriai paprastai turi didelę galią ir gerą stabilumą, yra plačiai naudojami pramoniniame apdirbime, medicinoje ir moksliniuose tyrimuose.
- Dujiniai lazeriai: juose kaip darbo terpė naudojamos dujos, pvz., helio-neono lazeriai (He-Ne) ir anglies dioksido lazeriai (CO2). Dujų lazeriai plačiai naudojami matomoje ir infraraudonųjų spindulių spektro srityse.
- Skysti lazeriai: taip pat žinomi kaip dažų lazeriai, kuriuose kaip darbo terpė naudojami organiniai dažų tirpalai. Jų bangos ilgio derinimas suteikia jiems unikalių pranašumų moksliniuose tyrimuose ir biomedicinoje.
- Puslaidininkiniai lazeriai: juose kaip darbo terpė naudojamos puslaidininkinės medžiagos, pvz., lazeriniai diodai. Šie lazeriai pasižymi miniatiūrizavimo ir integravimo pranašumais ir yra plačiai naudojami optinio ryšio, lazerinio spausdinimo ir kitose srityse.
- Laisvųjų elektronų lazeriai: juose kaip darbo terpė naudojami didelės spartos laisvųjų elektronų pluoštai. Jie siūlo platų išėjimo galios ir bangos ilgių spektrą, todėl tinka didelės energijos fizikai ir rentgeno spindulių spektroskopijai.
Autorinės teisės @ 2020 „Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd.“ - Kinijos pluošto optinių modulių, pluošto sujungtų lazerių gamintojų, lazerinių komponentų tiekėjų visos teisės saugomos.
