Quanti generatori laser ci sono? (Parte 1)

Secondo l'analisi del principio digenerazione laser, è noto che il laser è sotto l'azione della "sorgente di eccitazione", il numero di elettroni di alto livello dell'atomo aumenta e la transizione al livello basso dopo una permanenza molto breve e il laser viene emesso allo stesso tempo. Non è difficile sapere che devono esserci molti, molti atomi di materia che possono emettere luce laser sotto l'azione della "sorgente di eccitazione".

In parole povere, per creare un generatore laser, ci sono quattro elementi:

① Selezionare il mezzo di lavoro per generare il laser. Può essere un gas, un liquido, un solido o un semiconduttore, purché si possa ottenere l'inversione della popolazione di particelle nel mezzo, si può ottenere il laser.

② È importante scegliere il "motivatore". La "sorgente di eccitazione" fa sì che gli elettroni di basso livello del mezzo passino effettivamente al livello alto, ottenendo la cosiddetta inversione del numero di elettroni. Il metodo della scarica di gas può essere utilizzato per utilizzare elettroni con energia cinetica per eccitare gli atomi dielettrici, operazione chiamata eccitazione elettrica; Per irradiare il mezzo di lavoro può essere utilizzata anche una sorgente luminosa Pulse, chiamata eccitazione luminosa; Ci sono incentivi termici, incentivi chimici e così via. Varie modalità di eccitazione vengono visualizzate come pompaggio o pompaggio. Lo scopo del "pompaggio" è quello di rendere il numero di particelle nel livello ad alta energia maggiore rispetto al livello a bassa energia.

③ È anche importante costruire un risonatore. Poiché l'intensità del laser generata dalla "pompa" è molto debole e non può essere applicata praticamente, il laser debole deve essere messo in risonanza con il laser, in modo che il laser in uscita venga potenziato per raggiungere il grado di applicazione pratica.

④ I laser ad alta energia richiedono sistemi di raffreddamento. A causa della forte luce all'interno del risonatore, il risonatore deve essere raffreddato.

A seconda del mezzo di lavoro del laser, ci sono laser solidi, laser a gas, laser a semiconduttore, laser chimici e ora esiste il "laser ceramico trasparente".

A seconda della modalità di uscita del laser, esistono laser continui e laser a impulsi.

Gli indicatori di prestazione del laser si concentrano principalmente sui seguenti aspetti: Innanzitutto, la gamma di frequenza del raggio laser, poiché il laser può eseguire la "sorgente di eccitazione", ma può anche eseguire l'analisi dello spettro della sorgente luminosa, quindi è necessario conoscere il spettro del laser; La seconda è la potenza del raggio laser, soprattutto la potenza massima perché la grandezza della potenza delinea il campo di applicazione del laser; La terza è l'area di irradiazione della concentrazione di energia del raggio laser, poiché l'area di irradiazione è diversa nelle diverse applicazioni.

Ⅰ. Laser a stato solido

I laser possono essere realizzati con molti materiali solidi. In particolare, con i metodi sintetici, nel processo di produzione della ceramica, è possibile creare cristalli contenenti diversi componenti, chiamati "mezzo laser ceramico trasparente". Ora, il laser realizzato con cristalli artificiali è molto comodo e pratico. Ecco tre comuni laser a stato solido.

1. Laser a rubino

Il primo laser è stato il laser a rubino. Nel luglio del 1960, Maiman realizzò con successo il primo laser a rubino al mondo. Illuminò il cristallo di rubino con la luce di un lampo, creando un raggio laser a impulsi coerente, che scioccò il mondo e innescò un boom nello sviluppo dei laser.

L'analisi mostra che il rubino è un cristallo e la sua matrice è Al2O3 (ossido di alluminio), che contiene 0.03-0,4 per cento (rapporto in peso) di Cr2O3 (triossido di cromo), quindi puoi premere questi materiali formano polvere, sinterizzazione sotto vuoto, è possibile produrre cristalli di rubino artificiale, con prestazioni laser di produzione di aste di rubino artificiale superiori, ampiamente utilizzate, anche questo tipo di mezzo laser è stato completamente studiato; In particolare, la "sorgente pompa" adotta una potente lampada allo xeno pulsata; Il risonatore è ancora alla vecchia maniera, su entrambe le estremità del laser, uno di fronte all'altro con due specchi ad alta riflettività, uno rifletterà quasi completamente il laser sul mezzo di lavoro per partecipare alla risonanza, l'altro rifletterà la maggior parte della luce. alla risonanza e lascia che una piccola quantità di laser venga emessa attraverso lo specchio, emessa è un laser potente, viene utilizzata per il laser pratico.

Ora, l'energia in uscita dal laser a rubino può essere di diversi livelli, fino a migliaia di joule.

2. Laser a cristallo di granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio

Il cristallo di granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio è composto da ittrio (Y2O3) e alluminio (Al2O3) secondo il rapporto di incorporazione 3:5 (Nd2O3), pressatura per stampaggio, sinterizzazione dei cristalli sotto vuoto a 1700 gradi, spesso utilizzato nell'infrarosso vicino e lontano laser a stato solido, prestazioni superiori. Come sorgente luminosa della pompa viene utilizzata una lampada continua al kripton o una lampada allo ioduro di tungsteno, che è appena adattata alla banda di assorbimento dello ione Nd 3-valente. I laser a granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio possono raggiungere decine o centinaia di watt e possono anche produrre alta potenza.

3. Laser a vetro ND

Il neodimio è incorporato nel vetro silicato di elevata purezza come substrato e questo vetro al neodimio viene utilizzato per produrre laser, il fosfato viene utilizzato anche come substrato per incorporare il neodimio.

I laser con vetro al neodimio funzionano in modo simile ai laser a cristalli di cui sopra.

I laser di vetro al neodimio a bassa potenza sono effettivamente utilizzati per la comunicazione in fibra ottica e le due tecnologie più critiche per lo sviluppo della comunicazione in fibra ottica sono la modulazione dei segnali ottici con laser a semiconduttore e l'uso di laser di vetro al neodimio come ripetitori (vedi divulgazione scientifica serie di articoli, n. 61). La luce del segnale viene amplificata dai ripetitori e i segnali ottici possono essere trasmessi su lunghe distanze.

Anche i laser in vetro al neodimio ad alta potenza sono facili da realizzare. Poiché l'uniformità ottica del vetro al neodimio è buona, è facile da preparare in un materiale di grandi volumi, che è più facile da lavorare rispetto ai cristalli, e il costo di produzione del vetro al neodimio è molto basso. Maggiore è il volume dell'asta di vetro al neodimio, maggiore è l'energia laser in uscita; Pertanto, nella pratica, i laser con vetro al neodimio sono i laser a stato solido preferiti, che possono essere a bassa o alta potenza.

Laser in vetro al neodimio ad alta potenza sono stati utilizzati negli esperimenti di fusione nucleare. Nel 1974, lo Shanghai Optical Machinery Institute ha sviluppato con successo sei sistemi laser in vetro al neodimio ad alta potenza a livello di nanosecondi di 100,000 megawatt, che hanno realizzato con successo l'uso di un laser per generare plasma ad alta temperatura e ad alta densità, dando un grande contributo al dispositivo di "accensione" della fusione nucleare.

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