RP Фотоническая энциклопедия - лазеры, принцип действия, резонатор, резонатор, лазерный луч, вынужденное излучение

1. Как работает лазер
2. Типы лазеров
3. Лазерные источники в широком смысле
4. Аспекты безопасности
5. Список используемой литературы

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

«Лазер» является аббревиатурой от «Усиление света путем вынужденного излучения», придуманной в 1957 году пионером лазера Гордоном Гулдом. Хотя это первоначальное значение обозначает принцип действия (эксплуатации стимулированное излучение от возбужденных атомов или ионов) этот термин в настоящее время в основном используется для устройств, генерирующих свет на основе лазерного принципа. Более конкретно, обычно подразумевается лазер осцилляторы , но иногда также включает в себя устройства с лазером усилители ,

Первым лазерным устройством был импульсный рубиновый лазер, продемонстрированный Теодором Майманом в 1960 году [2, 3]. В том же году первый газовый лазер гелий-неоновый лазер [5]) и первый лазерный диод были сделаны. Перед этой экспериментальной работой Артур Шавлов, Чарльз Хард Таунс, Николай Басов и Александр Прохоров опубликовали революционную теоретическую работу по принципам работы лазеров, а в 1953 году группой Таунса был разработан микроволновый усилитель и генератор (мазер). Термин «оптический мазер» (MASER = микроволновое усиление путем стимулированного усиления излучения) использовался изначально, но позже был заменен на «лазер».

Лазерная технология лежит в основе более широкой области фотоники по сути потому что свет лазера обладает рядом особых свойств:

• Обычно излучается как лазерный луч которые могут распространяться на большие длины без особого дивергенция и может быть сфокусирован на очень маленькие пятна.
• Он может иметь очень узкий оптический пропускная способность в то время как, например, большинство ламп излучают свет с очень широким оптический спектр ,
• Он может излучаться непрерывно или, альтернативно, в форме коротких или ультракоротких импульсы с продолжительностью от микросекунд до нескольких фемтосекунд.

Эти свойства, которые делают лазерный свет очень интересным для целого ряда Приложения , являются в значительной степени последствиями очень высокой степени согласованность лазерного излучения. Статьи о свет лазера а также лазерные аппликации дать больше подробностей.

Как работает лазер

Лазер генератор обычно содержит оптический резонатор ( лазерный резонатор лазер полость ) в котором свет может циркулировать (например, между двумя зеркалами), а внутри этого резонатора получить средний (например, лазерный кристалл ), который служит для усиления света. Без усиливающей среды циркулирующий свет становился бы все слабее и слабее в каждом цикле резонатора, потому что он испытывает некоторые потери, например, при отражении в зеркалах. Однако усиливающая среда может усиливать циркулирующий свет, тем самым компенсируя потери, если усиление достаточно велико. Усилитель требует некоторого внешнего источника энергии - его нужно «накачать», например, путем подачи света ( оптическая накачка ) или электрический ток ( электрическая накачка → полупроводниковые лазеры ). Принцип лазерного усиления стимулированное излучение ,

Рисунок 1: Установка простого лазера с оптической накачкой. Лазерный резонатор состоит из сильно отражающего изогнутого зеркала и частично пропускающего плоского зеркала. выходной разъем , который извлекает часть циркулирующего лазерного света в качестве полезного выхода. Средой усиления является лазерный кристалл, который сторона накачкой например, со светом от лампа вспышки ,

Лазер не может работать, если усиление меньше потерь резонатора; устройство тогда ниже так называемого лазерный порог и только излучает некоторые люминесценция свет. Значительная выходная мощность достигается только для мощностей накачки выше лазерного порога, где усиление может превышать потери резонатора.

Если усиление больше потерь, мощность света в лазерном резонаторе быстро возрастает, начиная, например, с низкого уровня света от флуоресценция , Как высокие мощности лазера насыщать усиления, мощность лазера в установившемся режиме достигнет уровня, так что насыщенное усиление будет равно потерям резонатора (→ усиление зажима ). Прежде чем достичь этого устойчивого состояния, лазер обычно подвергается некоторому релаксационные колебания , пороговая мощность насоса это мощность насоса, где усиление слабого сигнала достаточно просто для генерации.

Некоторая доля мощности света, циркулирующего в резонаторе, обычно передается частично прозрачным зеркалом, так называемым выходной разъем зеркало. Полученный луч представляет собой полезную мощность лазера. Передача зеркала выходного устройства связи может быть оптимизирована для максимальной выходной мощности (см. Также: эффективность наклона ).

Некоторые лазеры работают в непрерывный мода, в то время как другие порождают импульсы , который может быть особенно интенсивным. Существуют различные методы генерация импульсов с лазерами, позволяющими генерировать импульсы длительностью в микросекунды, наносекунд , пикосекунд или даже несколько фс (→ ультракороткие импульсы от лазеры с синхронизацией мод ).

Оптический пропускная способность (или же ширина линии ) непрерывно работающего лазера может быть очень маленьким, когда только один режим резонатора может колебаться (→ одночастотная операция ). В других случаях, особенно для Режим автоподстройки У лазеров полоса пропускания может быть очень большой - в крайних случаях она может охватывать около октавы. Центральная частота лазерного излучения обычно близка к частоте максимальной усиление , но если потери в резонаторе зависят от частоты, лазер длина волны может быть настроенный в пределах диапазона, где доступно достаточное усиление. Какой-то широкополосный получить СМИ такие как Ti: сапфир а также Cr: ZnSe, позволяют настраивать длину волны более сотен нанометров.

Из-за различных воздействий, выход лазеров всегда содержит некоторые шум в свойствах, таких как выход мощность или оптический фаза ,

Типы лазеров

Обычные типы лазеров:

• Полупроводниковые лазеры (в основном лазерные диоды ), с электрической (или иногда оптической) накачкой, эффективно генерирующие очень высокую выходную мощность (но обычно с плохой качество луча ) или низкое энергопотребление с хорошими пространственными свойствами (например, для применения в проигрывателях CD и DVD), или импульсы (например, для телекоммуникационные приложения ) с очень высоким частота следования импульсов , Специальные типы включают квантовые каскадные лазеры (для середины Инфракрасный свет ) а также полупроводниковые лазеры с поверхностным излучением (VCSEL и VECSEL), последний также подходит для генерации импульсов с высокой мощностью.
• Твердотельные лазеры на основе ионного легирования кристаллы или очки ( лазеры с легированными изоляторами ), накачанный газоразрядные лампы или же лазерные диоды , генерируя высокая выходная мощность или более низкие мощности с очень высоким качеством луча, спектральной чистотой и / или стабильностью (например, для целей измерения), или ультракороткие импульсы с пикосекунда или же фемтосекундных длительности , Общие средства массовой информации являются Nd: YAG , Nd: YVO4 , Nd: YLF Nd: стекло, Yb: YAG , Yb: стекло, Ti: сапфир , Cr: YAG и Cr: LiSAF , Особый тип ионно-легированных стеклянных лазеров:
• Волоконные лазеры на основе оптического стекла волокна которые легированы некоторыми лазерно-активными ионами в сердечник волокна , Волоконные лазеры могут достигать чрезвычайно высокой выходной мощности (до киловатт) с высоким качеством луча, обеспечивают широкую настройку длины волны, узкую ширина линии операция и т. д.
• Газовые лазеры (например гелий-неоновые лазеры , CO2 лазеры , а также аргоновые ионные лазеры ) а также эксимерные лазеры на основе газов, которые обычно возбуждаются электрическими разрядами. Часто используемые газы включают CO2, аргон, криптон и газовые смеси, такие как гелий-неон. Распространенными эксимерами являются ArF, KrF, XeF и F2. Поскольку молекулы газа участвуют в лазерном процессе, такие лазеры также называют молекулярные лазеры ,

Менее распространены лазеры с химической и ядерной накачкой, лазеры на свободных электронах , а также Рентгеновские лазеры ,

Лазерные источники в широком смысле

Есть некоторые источники света, которые не являются строго лазерами, но, тем не менее, их часто называют лазерными источниками :

• В некоторых случаях этот термин используется для усиления устройств, излучающих свет без входа (исключая затравочные усилители). Примером является Рентгеновские лазеры , которые обычно суперлюминесцентные источники на основе спонтанное излучение с последующим однопроходным усилением. Тогда нет лазерный резонатор , Аналогичная ситуация возникает для оптические параметрические генераторы где усиление, однако, не основано на стимулированном излучении. Свет от таких устройств может иметь лазероподобные свойства, такие как строго направленное излучение и ограниченная оптическая ширина полосы.
• В других случаях термин лазерные источники оправдывается тем, что источник содержит лазер, помимо других компонентов. Это касается комбинаций лазеров и усилители (→ усилитель мощности генератора ), а также для источников, основанных на нелинейное преобразование частоты лазерного излучения, например, с удвоители частоты или же параметрические генераторы ,

Аспекты безопасности

Работа с лазерами может вызвать серьезные проблемы с безопасностью. Некоторые из них имеют прямое отношение к лазерному излучению, в частности к оптические интенсивности достижимо, но есть и другие опасности, связанные с лазерными источниками. Смотрите статью на лазерная безопасность для деталей.

Список используемой литературы

[1] AL Schawlow и CH Townes, «Инфракрасные и оптические мазеры», Phys. Откр. 112 (6), 1940 (1958) (новаторская работа; также содержит знаменитый Уравнение Шавлова – Таунса ) [2] Т.Х. Майман, «Стимулированное оптическое излучение в рубине», Nature 187, 493 (1960) (первая экспериментальная демонстрация лазера) [3] Т.Х. Майман, «Оптическое мазерное действие в рубине», Br. Commun. Электрон. 7, 674 (1960) [4] П.П. Сорокин и М.Дж. Стивенсон, «Вынужденное инфракрасное излучение трехвалентного урана», Phys. Преподобный Летт. 5 (12), 557 (1960) (первый четырехуровневый лазер) [5] А. Джаван, У.Р. Беннетт-младший и Д.Р. Херриотт, «Инверсия населенностей и непрерывные оптические мазерные колебания в газовом разряде, содержащем смесь He – Ne», Phys. Преподобный Летт. 6 (3), 106 (1961) [6] Г. Смит, «Первые лазерные годы в Hughes Aircraft Company», IEEE J. Квантовый Электрон. 20 (6), 577 (1984) [7] Р. Э. Слушер, «Лазерные технологии», Ред. Мод. Phys. 71, S471 (1999) [8] Дж. М. Гилл, «Лазеры: 40-летняя перспектива», IEEE J. Квантовый Электрон. 6 (6), 1111 (2000) [9] " Яркая идея: первые лазеры ", Американский институт физики (2010) [10] Дж. Хехт," Краткая история развития лазера ", Оптик Eng. 49, 091002 (2010) [11] А.Е. Зигман, Лазеры , Университетские научные книги, Милл-Вэлли, Калифорния (1986) [12] О. Свелто, Принципы лазеров , Пленум Пресс, Нью-Йорк (1998) [13] Ф. Трегер (ред.), Справочник по лазерам и оптике , Springer, Берлин (2007) [14] Р. Пашотта, Полевое руководство по лазерам , SPIE Press, Беллингхэм, Вашингтон (2007)

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: свет лазера , лазерные аппликации , лазерная физика , лазерный дизайн , лазерные резонаторы , лазерные кристаллы , получить СМИ , лазеры с диодной накачкой , лазеры с ламповой накачкой , твердотельные лазеры , волоконные лазеры , волноводные лазеры , лазеры с повышением частоты , полупроводниковые лазеры , газовые лазеры , молекулярные лазеры , Рентгеновские лазеры , лазеры с синхронизацией мод , Лазеры с модуляцией добротности , видимые лазеры , лазерный порог , эффективность наклона , лазерный шум , ширина линии , согласованность , настройка длины волны , лазерная безопасность , характеристики лазера
и другие статьи в категории лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие

Комментарии