Tanysgrifiwch i'n Cyfryngau Cymdeithasol Ar Gyfer Post Prydlon
Mae laserau, un o gonglfeini technoleg fodern, mor ddiddorol ag y maent yn gymhleth. Yn ganolog iddynt mae symffoni o gydrannau sy’n gweithio’n unsain i gynhyrchu golau cydlynol, chwyddedig. Mae'r blog hwn yn ymchwilio i gymhlethdodau'r cydrannau hyn, wedi'u hategu gan egwyddorion a hafaliadau gwyddonol, i ddarparu dealltwriaeth ddyfnach o dechnoleg laser.
Mewnwelediadau Uwch i Gydrannau System Laser: Safbwynt Technegol ar gyfer Gweithwyr Proffesiynol
| Cydran | Swyddogaeth | Enghreifftiau |
| Ennill Canolig | Y cyfrwng ennill yw'r deunydd mewn laser a ddefnyddir i chwyddo golau. Mae'n hwyluso ymhelaethu golau trwy'r broses o wrthdroad poblogaeth ac allyriadau ysgogol. Mae'r dewis o gyfrwng ennill yn pennu nodweddion ymbelydredd y laser. | Laserau Solid-Wladwriaeth: ee, Nd:YAG (Garnet Alwminiwm Yttrium dop Neodymium), a ddefnyddir mewn cymwysiadau meddygol a diwydiannol.Laserau Nwy: ee, laserau CO2, a ddefnyddir ar gyfer torri a weldio.Laserau Lled-ddargludyddion:ee, deuodau laser, a ddefnyddir mewn cyfathrebu opteg ffibr ac awgrymiadau 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 Optegol: Defnyddio ffynonellau golau dwys fel lampau fflach i bwmpio laserau cyflwr solet.Pwmpio Trydanol: Cyffrous y nwy mewn laserau nwy drwy gerrynt trydan.Pwmpio Lled-ddargludyddion: Defnyddio deuodau laser i bwmpio'r cyfrwng laser cyflwr solet. |
| Ceudod Optegol | Mae'r ceudod optegol, sy'n cynnwys dau ddrych, yn adlewyrchu golau i gynyddu hyd llwybr golau yn y cyfrwng ennill, a thrwy hynny wella ymhelaethu golau. Mae'n darparu mecanwaith adborth ar gyfer ymhelaethu â laser, gan ddewis nodweddion sbectrol a gofodol y golau. | Ceudod Planar-Planar: Defnyddir mewn ymchwil labordy, strwythur syml.Planar-Ceudod Ceugrwm: Yn gyffredin mewn laserau diwydiannol, yn darparu trawstiau o ansawdd uchel. Ceudod Modrwy: Defnyddir mewn dyluniadau penodol o laserau cylch, fel laserau nwy cylch. |
Y Canolig Ennill: Plethwaith o Fecaneg Cwantwm a Pheirianneg Optegol
Dynameg Cwantwm yn y Canolig 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 egni a gronynnau o fewn y cyfrwng yn cael ei lywodraethu gan egwyddorion allyriad ysgogol a gwrthdroad poblogaeth. Disgrifir y berthynas gritigol rhwng yr arddwysedd golau (I), yr arddwysedd cychwynnol (I0), y trawstoriad trawsnewidiol (σ21), a'r rhifau gronynnau ar y ddwy lefel egni (N2 a 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 yn erbyn 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 is yw'r cyflwr daear. Mae systemau pedair lefel, ar y llaw arall, yn cynnig llwybr mwy effeithlon i wrthdroad poblogaeth oherwydd y dirywiad cyflym nad yw'n ymbelydrol o'r lefel ynni uwch, gan eu gwneud yn fwy cyffredin mewn cymwysiadau laser modern.2].
Is Gwydr dop erbiumcyfrwng ennill?
Ydy, mae gwydr dop 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⁺) i'r gwydr. Mae erbium yn elfen ddaear prin sydd, o'i ymgorffori mewn gwesteiwr gwydr, yn gallu chwyddo golau yn effeithiol trwy allyriadau ysgogol, proses sylfaenol mewn gweithrediad laser.
Mae gwydr dop 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 chwyddo golau yn effeithlon ar donfeddi o gwmpas 1550 nm, sy'n donfedd allweddol ar gyfer cyfathrebu ffibr optegol oherwydd ei golled isel mewn ffibrau silica safonol.
Mae'rerbiumïonau amsugno golau pwmp (yn aml o adeuod laser) ac yn gyffrous i gyflyrau ynni uwch. Pan fyddant yn dychwelyd i gyflwr ynni is, maent yn allyrru ffotonau ar y donfedd lasing, gan gyfrannu at y broses laser. Mae hyn yn gwneud gwydr dop erbium yn gyfrwng ennill effeithiol a ddefnyddir yn eang mewn amrywiol ddyluniadau laser a mwyhadur.
Blogiau Cysylltiedig: Newyddion - Erbium-Doped Glass: Gwyddoniaeth a Chymwysiadau
Mecanweithiau Pwmpio: Y Grym Gyrru Tu ôl i Laserau
Dulliau Amrywiol o Gyflawni Gwrthdroad Poblogaeth
Mae'r dewis o fecanwaith pwmpio yn hollbwysig mewn dylunio laser, 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 solet a lliw. Defnyddir dulliau rhyddhau trydanol fel arfer mewn laserau nwy, tra bod laserau lled-ddargludyddion yn aml yn defnyddio chwistrelliad electron. Mae effeithlonrwydd y mecanweithiau pwmpio hyn, yn enwedig mewn laserau cyflwr solet pwmp deuod, wedi bod yn ffocws sylweddol mewn ymchwil ddiweddar, gan gynnig effeithlonrwydd a chrynoder uwch[3].
Ystyriaethau Technegol o ran Effeithlonrwydd Pwmpio
Mae effeithlonrwydd y broses bwmpio yn agwedd hanfodol ar ddylunio laser, gan effeithio ar berfformiad cyffredinol ac addasrwydd cymhwysiad. Mewn laserau cyflwr solet, gall y dewis rhwng lampau fflach a deuodau laser fel ffynhonnell bwmp effeithio'n sylweddol ar effeithlonrwydd y system, llwyth thermol ac ansawdd y trawst. Mae datblygu deuodau laser pŵer uchel, effeithlonrwydd uchel wedi chwyldroi systemau laser DPSS, gan alluogi dyluniadau mwy cryno ac effeithlon.4].
Y Ceudod Optegol: Peirianneg y Trawst Laser
Dylunio Ceudod: Deddf Cydbwyso Ffiseg a Pheirianneg
Mae'r ceudod optegol, neu resonator, nid yn unig yn gydran oddefol ond yn gyfranogwr gweithredol wrth siapio'r pelydr 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 tra'n lleihau colledion, her sy'n cyfuno peirianneg optegol ag opteg tonnau5.
Amodau Osgiliad a Dewis Modd
Er mwyn i osciliad laser ddigwydd, rhaid i'r cynnydd a ddarperir gan y cyfrwng fod yn fwy na'r colledion o fewn y ceudod. Mae'r amod hwn, ynghyd â'r gofyniad am arosodiad tonnau cydlynol, yn mynnu mai dim ond rhai moddau hydredol sy'n cael eu cefnogi. Mae hyd corfforol y ceudod a mynegai plygiannol y cyfrwng ennill yn dylanwadu ar y bylchau modd a'r strwythur modd cyffredinol[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 cyd-fynd 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 Laser Solid-Wladwriaeth. Springer.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). Laserau Cyflwr Solid Pwmpio Deuod. Yn Llawlyfr Technoleg a Chymwysiadau Laser (Vol. III). Gwasg CRC.
- 5. Milonni, PW, & Eberly, JH (2010). Ffiseg Laser. Wiley.
- 6. Silfvast, WT (2004). Hanfodion Laser. Gwasg Prifysgol Caergrawnt.
Amser postio: Tachwedd-27-2023