Tanysgrifiwch i'n Cyfryngau Cymdeithasol am Bostiadau Prydlon
Mae laserau, conglfaen technoleg fodern, yr un mor ddiddorol ag y maent yn gymhleth. Wrth wraidd y rhain mae symffoni o gydrannau sy'n gweithio gyda'i gilydd i gynhyrchu golau cydlynol, wedi'i fwyhau. Mae'r blog hwn yn ymchwilio i gymhlethdodau'r cydrannau hyn, wedi'u cefnogi gan egwyddorion a hafaliadau gwyddonol, er mwyn darparu dealltwriaeth ddyfnach o dechnoleg laser.
Mewnwelediadau Uwch i Gydrannau System Laser: Persbectif Technegol i Weithwyr Proffesiynol
| Cydran | Swyddogaeth | Enghreifftiau |
| Ennill Canolig | Y cyfrwng ennill yw'r deunydd mewn laser a ddefnyddir i fwyhau golau. Mae'n hwyluso mwyhau golau trwy'r broses o wrthdroad poblogaeth ac allyriad ysgogedig. Mae'r dewis o gyfrwng ennill yn pennu nodweddion ymbelydredd y laser. | Laserau Cyflwr Solete.e., Nd:YAG (Garnet Alwminiwm Yttrium wedi'i dopio â Neodymiwm), a ddefnyddir mewn cymwysiadau meddygol a diwydiannol.Laserau Nwye.e., laserau CO2, a ddefnyddir ar gyfer torri a weldio.Laserau Lled-ddargludyddion:e.e., deuodau laser, a ddefnyddir mewn cyfathrebu ffibr optig a phwyntyddion laser. |
| Ffynhonnell Pwmpio | Mae'r ffynhonnell bwmpio yn darparu ynni i'r cyfrwng ennill i gyflawni gwrthdroad poblogaeth (y ffynhonnell ynni ar gyfer gwrthdroad poblogaeth), gan alluogi gweithrediad laser. | Pwmpio OptegolDefnyddio ffynonellau golau dwys fel lampau fflach i bwmpio laserau cyflwr solid.Pwmpio TrydanolCyffroi'r nwy mewn laserau nwy trwy gerrynt trydanol.Pwmpio Lled-ddargludyddionDefnyddio deuodau laser i bwmpio'r cyfrwng laser cyflwr solid. |
| Ceudod Optegol | Mae'r ceudod optegol, sy'n cynnwys dau ddrych, yn adlewyrchu golau i gynyddu hyd llwybr y golau yn y cyfrwng ennill, a thrwy hynny wella ymhelaethiad golau. Mae'n darparu mecanwaith adborth ar gyfer ymhelaethiad laser, gan ddewis nodweddion sbectrol a gofodol y golau. | Ceudod Planar-PlanarWedi'i ddefnyddio mewn ymchwil labordy, strwythur syml.Ceudod Planar-GeugrwmYn gyffredin mewn laserau diwydiannol, yn darparu trawstiau o ansawdd uchel. Ceudod y FodrwyFe'i defnyddir mewn dyluniadau penodol o laserau cylch, fel laserau nwy cylch. |
Y Cyfrwng Ennill: Cysylltiad rhwng Mecaneg Cwantwm a Pheirianneg Optegol
Dynameg Cwantwm yn y Cyfrwng Ennill
Y cyfrwng ennill yw lle mae'r broses sylfaenol o ymhelaethu golau yn digwydd, ffenomen sydd wedi'i gwreiddio'n ddwfn mewn mecaneg cwantwm. Mae'r rhyngweithio rhwng cyflyrau ynni a gronynnau o fewn y cyfrwng yn cael ei lywodraethu gan egwyddorion allyriadau ysgogedig a gwrthdroad poblogaeth. Disgrifir y berthynas hanfodol rhwng dwyster y golau (I), y dwyster cychwynnol (I0), y trawsdoriad trawsnewid (σ21), a nifer y gronynnau ar y ddwy lefel ynni (N2 ac N1) gan yr hafaliad I = I0e^(σ21(N2-N1)L). Mae cyflawni gwrthdroad poblogaeth, lle mae N2 > N1, yn hanfodol ar gyfer ymhelaethu ac mae'n gonglfaen ffiseg laser[1].
Systemau Tair Lefel vs. Systemau Pedair Lefel
Mewn dyluniadau laser ymarferol, defnyddir systemau tair lefel a phedair lefel yn gyffredin. Mae systemau tair lefel, er eu bod yn symlach, angen mwy o egni i gyflawni gwrthdroad poblogaeth gan mai'r lefel laser isaf yw'r cyflwr sylfaenol. Mae systemau pedair lefel, ar y llaw arall, yn cynnig llwybr mwy effeithlon i wrthdroad poblogaeth oherwydd y dirywiad cyflym di-ymbelydredd o'r lefel egni uwch, gan eu gwneud yn fwy cyffredin mewn cymwysiadau laser modern.2].
Is Gwydr wedi'i dopio ag erbiumcyfrwng ennill?
Ydy, mae gwydr wedi'i dopio ag erbium yn wir yn fath o gyfrwng ennill a ddefnyddir mewn systemau laser. Yn y cyd-destun hwn, mae "dopio" yn cyfeirio at y broses o ychwanegu swm penodol o ïonau erbium (Er³⁺) at y gwydr. Mae erbium yn elfen brin o ddaear a all, pan gaiff ei hymgorffori mewn gwesteiwr gwydr, ymhelaethu golau yn effeithiol trwy allyriadau ysgogedig, proses sylfaenol mewn gweithrediad laser.
Mae gwydr wedi'i dopio ag erbium yn arbennig o nodedig am ei ddefnydd mewn laserau ffibr a mwyhaduron ffibr, yn enwedig yn y diwydiant telathrebu. Mae'n addas iawn ar gyfer y cymwysiadau hyn oherwydd ei fod yn mwyhau golau yn effeithlon ar donfeddi tua 1550 nm, sef tonfedd allweddol ar gyfer cyfathrebu ffibr optegol oherwydd ei golled isel mewn ffibrau silica safonol.
Yerbiwmmae ïonau'n amsugno golau pwmp (yn aml o adeuod laser) ac maent yn cael eu cyffroi i gyflyrau ynni uwch. Pan fyddant yn dychwelyd i gyflwr ynni is, maent yn allyrru ffotonau ar y donfedd laseru, gan gyfrannu at y broses laser. Mae hyn yn gwneud gwydr wedi'i dopio ag erbium yn gyfrwng ennill effeithiol a ddefnyddir yn helaeth mewn amrywiol ddyluniadau laser ac amplifier.
Blogiau Cysylltiedig: Newyddion - Gwydr wedi'i Dopio ag Erbium: Gwyddoniaeth a Chymwysiadau
Mecanweithiau Pwmpio: Y Grym Ysgogiadol Y Tu Ôl i Laserau
Dulliau Amrywiol o Gyflawni Gwrthdroad Poblogaeth
Mae'r dewis o fecanwaith pwmpio yn allweddol wrth ddylunio laserau, gan ddylanwadu ar bopeth o effeithlonrwydd i donfedd allbwn. Mae pwmpio optegol, gan ddefnyddio ffynonellau golau allanol fel lampau fflach neu laserau eraill, yn gyffredin mewn laserau cyflwr solid a laserau llifyn. Defnyddir dulliau rhyddhau trydanol fel arfer mewn laserau nwy, tra bod laserau lled-ddargludyddion yn aml yn defnyddio chwistrelliad electronau. Mae effeithlonrwydd y mecanweithiau pwmpio hyn, yn enwedig mewn laserau cyflwr solid wedi'u pwmpio gan ddeuodau, wedi bod yn ffocws sylweddol mewn ymchwil diweddar, gan gynnig effeithlonrwydd a chrynoder uwch.3].
Ystyriaethau Technegol mewn Effeithlonrwydd Pwmpio
Mae effeithlonrwydd y broses bwmpio yn agwedd hollbwysig ar ddylunio laserau, gan effeithio ar berfformiad cyffredinol ac addasrwydd y defnydd. Mewn laserau cyflwr solid, gall y dewis rhwng lampau fflach a deuodau laser fel ffynhonnell bwmpio effeithio'n sylweddol ar effeithlonrwydd, llwyth thermol ac ansawdd y trawst y system. Mae datblygu deuodau laser pŵer uchel ac effeithlonrwydd uchel wedi chwyldroi systemau laser DPSS, gan alluogi dyluniadau mwy cryno ac effeithlon.4].
Y Ceudod Optegol: Peirianneg y Trawst Laser
Dylunio Ceudod: Gweithred Gydbwyso Ffiseg a Pheirianneg
Nid dim ond cydran oddefol yw'r ceudod optegol, neu'r atseinydd, ond cyfranogwr gweithredol wrth lunio'r trawst laser. Mae dyluniad y ceudod, gan gynnwys crymedd ac aliniad y drychau, yn chwarae rhan hanfodol wrth bennu sefydlogrwydd, strwythur modd ac allbwn y laser. Rhaid dylunio'r ceudod i wella'r enillion optegol wrth leihau colledion i'r lleiafswm, her sy'n cyfuno peirianneg optegol ag opteg tonnau.5.
Amodau Osgiliad a Dewis Modd
Er mwyn i osgiliad laser ddigwydd, rhaid i'r enillion a ddarperir gan y cyfrwng fod yn fwy na'r colledion o fewn y ceudod. Mae'r amod hwn, ynghyd â'r gofyniad am uwchosodiad tonnau cydlynol, yn pennu mai dim ond rhai moddau hydredol sy'n cael eu cefnogi. Mae'r bylchau modd a'r strwythur modd cyffredinol yn cael eu dylanwadu gan hyd ffisegol y ceudod a mynegai plygiannol y cyfrwng enillion.6].
Casgliad
Mae dylunio a gweithredu systemau laser yn cwmpasu sbectrwm eang o egwyddorion ffiseg a pheirianneg. O'r mecaneg cwantwm sy'n llywodraethu'r cyfrwng ennill i beirianneg gymhleth y ceudod optegol, mae pob cydran o system laser yn chwarae rhan hanfodol yn ei swyddogaeth gyffredinol. Mae'r erthygl hon wedi rhoi cipolwg ar fyd cymhleth technoleg laser, gan gynnig mewnwelediadau sy'n atseinio â dealltwriaeth uwch athrawon a pheirianwyr optegol yn y maes.
Cyfeiriadau
- 1. Siegman, AE (1986). Laserau. Llyfrau Gwyddoniaeth y Brifysgol.
- 2. Svelto, O. (2010). Egwyddorion Laserau. Springer.
- 3. Koechner, W. (2006). Peirianneg Laserau Cyflwr Solet. Springer.
- 4. Piper, JA, a Mildren, RP (2014). Laserau Cyflwr Solid wedi'u Pwmpio gan Ddeuodau. Yn y Llawlyfr Technoleg a Chymwysiadau Laser (Cyfrol III). Gwasg CRC.
- 5. Milonni, PW, ac Eberly, JH (2010). Ffiseg Laser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Hanfodion Laser. Gwasg Prifysgol Caergrawnt.
Amser postio: Tach-27-2023