Quanti generatori laser ci sono? (Parte 2)

Sebbene ce ne siano una varietàlaser, sono generati dall'eccitazione e dalla radiazione stimolata, quindi la composizione base del laser è fissa, dalla sostanza di lavoro (cioè il mezzo di lavoro che può produrre un'inversione del numero di particelle dopo l'eccitazione), dalla sorgente di eccitazione (energia che può produrre la sostanza di lavoro (un'inversione del numero di particelle, nota anche come sorgente della pompa) e il risonatore ottico sono composti da tre parti.

Ⅱ. Laser a gas

Esistono molti tipi di laser a gas, i più comunemente usati sono i laser ad anidride carbonica e i laser a elio-neon.

1. Generatore laser CO₂

Il laser CO₂ utilizza principalmente gas CO₂, aggiunge una piccola quantità di azoto ed elio e utilizza anche l'eccitazione della "sorgente pompa", in modo che le molecole di gas producano una transizione di livello energetico, stimolando così il laser.

Livelli di energia molecolare eccitati dal laser CO₂ per ottenere il laser. Il suo principio di funzionamento è più complesso perché la molecola ha tre movimenti diversi, uno è il movimento degli elettroni nella molecola che determina lo stato elettronico della molecola; In secondo luogo, lo stato energetico vibrazionale della molecola è determinato dalla vibrazione atomica nella molecola. In terzo luogo, la rotazione complessiva della molecola determina lo stato energetico rotazionale della molecola. Lo stato del movimento molecolare è complesso, il livello energetico è complesso, quindi anche il processo di transizione del livello energetico delle molecole eccitate è complesso.

Il gas CO₂, piccole quantità di azoto ed elio sono incapsulati in un "tubo di scarico" di vetro; Viene applicata continuamente una sorta di "sorgente di pompa", che emette elettroni che colpiscono le molecole di azoto nel tubo e le provocano l'eccitazione; Le molecole di azoto e le molecole di CO₂ si scontrano, le molecole di azoto trasferiscono energia alle molecole di CO₂, le molecole di CO₂ passano da un livello energetico basso a un livello energetico elevato; Invia un laser. Vale a dire, la "sorgente della pompa" del laser emesso dalla molecola di gas CO₂ è un'eccitazione secondaria, prima la vibrazione della molecola di azoto eccitata dagli elettroni, e poi la molecola di azoto che urta la molecola di CO₂.

Le molecole di CO₂ vengono eccitate dalla luce infrarossa, ma devono anche rafforzare la risonanza e il laser potenziato deve essere trasmesso all'esterno. Per rafforzare la risonanza infrarossa, il tubo di vetro sigillato può essere placcato in oro per formare uno specchio; Poiché il vetro generale non è in grado di far passare la luce infrarossa, viene aperto un piccolo foro al centro dello specchio e viene sigillato un materiale che può passare la luce infrarossa, in modo che il laser infrarosso dopo la risonanza possa essere trasmesso attraverso il foro.

La sorgente di eccitazione laser a CO₂ ha una varietà di corrente continua ad alta tensione, corrente alternata ad alta frequenza, radiofrequenza e microonde.

I laser a CO₂ comunemente utilizzati variano in potenza da decine di watt a quasi kilowatt, i laser a CO₂ sono venduti sul mercato e questi laser vengono utilizzati con successo in tutti gli ambiti della vita. Queste proprietà rendono i laser ad anidride carbonica ampiamente utilizzati in molti campi. Nell'industria, viene utilizzato per la lavorazione di una varietà di materiali, tra cui perforazione, taglio, saldatura, ricottura, fusione, modificazione della superficie, rivestimento, ecc. Utilizzato dal punto di vista medico in varie procedure chirurgiche; Le applicazioni militari includono armi a distanza laser, lidar e persino armi a energia diretta.

2. Laser elio-neon

Il laser elio-neon è uno dei laser più utilizzati attualmente, con una potenza di uscita compresa tra 0,5 e 100 milliwatt, con un'ottima qualità del raggio. Può essere utilizzato in trattamenti chirurgici, cosmetologia laser, misurazione di edifici , indicazione di collimazione, stampa fotocopiata, giroscopio laser, ecc. Molti LABS delle scuole superiori lo utilizzano anche per esperimenti dimostrativi.

In generale, la densità di energia in uscita dei laser a gas è inferiore a quella dei laser solidi.

Ⅲ. Laser a semiconduttore

Attualmente, nei dispositivi laser a semiconduttore, il laser a semiconduttore a diodi GaAs (arseniuro di gallio) ha prestazioni migliori ed è ampiamente utilizzato.

Nei laser GaAs (arseniuro di gallio), il numero dei portatori di non equilibrio viene invertito tra le bande energetiche dei materiali semiconduttori mediante eccitazione di corrente e il laser viene generato quando gli elettroni nello stato invertito si combinano con le lacune.

I laser a diodi semiconduttori possono emettere luce laser visibile ma possono anche emettere luce nel vicino infrarosso o ultravioletta. Vale la pena notare che la luce emessa dal normale diodo emettitore di luce (LED) non è un laser e il diodo laser (LD) è costituito da un risonatore sulla base del diodo emettitore di luce.

Il laser a diodi semiconduttori è il tipo di laser più pratico e importante. Ha dimensioni ridotte, leggerezza, funzionamento affidabile, minore consumo energetico, alta efficienza e lunga durata. Poiché è possibile utilizzare l'eccitazione di tensione e corrente, può essere compatibile con i circuiti integrati. Può anche modulare direttamente la corrente a frequenze fino a GHz per ottenere un'uscita laser modulata ad alta velocità. A causa di questi vantaggi, i laser a diodi semiconduttori sono stati ampiamente utilizzati nella comunicazione laser, nella memorizzazione ottica, nel giroscopio ottico, nella stampa laser, nella misurazione e nel radar.

La comunicazione in fibra ottica è il campo di applicazione più importante dei laser a semiconduttore e la rete di comunicazione non può essere separata dai laser a semiconduttore.

Le applicazioni laser a semiconduttore a luce visibile possono essere viste ovunque, come lettori di codici a barre, lettura e scrittura di memoria ottica, stampa laser, stampa laser, display a colori, televisione a colori ad alta definizione e così via.

I laser a semiconduttore sono comunemente utilizzati anche nel telerilevamento laser, nelle comunicazioni nello spazio libero, nelle finestre atmosferiche, nel monitoraggio atmosferico e nell'analisi spettrale chimica.

Anche l'uso militare dei laser a semiconduttore è molto meraviglioso, come contromisure a infrarossi, puntamento laser, raggio laser, lidar, guida laser, spoletta laser e così via.

Ⅳ. Laser chimico

I laser chimici utilizzano reazioni chimiche per produrre luce laser. Ad esempio, quando gli atomi di fluoro e idrogeno reagiscono chimicamente, le molecole di fluoruro di idrogeno possono formarsi in uno stato eccitato. In questo modo, quando i due stati ionici del gas si mescolano rapidamente, si può generare luce laser, quindi non è necessaria altra energia, e si può ottenere direttamente dalla reazione chimica un'energia luminosa molto potente.

Allo stato attuale, i più importanti sono il fluoruro di idrogeno (HF) e il fluoruro di deuterio (DF), due dispositivi, la precedente lunghezza d'onda del laser compresa tra 2,6 ~ 3,3 micron; Quest'ultimo è compreso tra 3,5 e 4,2 micron. Inoltre, laser al bromuro di idrogeno (HBr), lunghezza d'onda 4,0 ~ 4,7 micron; Laser al monossido di carbonio (CO), lunghezza d'onda 4,9 ~ 5,8 micron; Laser all'ossigeno-iodio, 1,3 micron. Questi laser chimici puri possono attualmente raggiungere diversi megawatt di potenza e la loro lunghezza d'onda laser varia nello spettro dal vicino infrarosso al medio infrarosso, che può essere facilmente trasmesso nell'atmosfera o nelle fibre ottiche.

Poiché il laser chimico è prodotto mediante reazione chimica, il volume di questo tipo di laser è relativamente piccolo ed è più adatto al lavoro sul campo; In particolare si possono produrre laser ad alta potenza che possono essere utilizzati sia per scopi militari che per la fusione nucleare.

La ricerca della microchimica ha promosso direttamente la ricerca sui laser chimici e la direzione di sviluppo dei laser chimici è focalizzata principalmente su: 1) la produzione di laser a reazione chimica richiede il funzionamento effettivo, la potenza può essere controllata e il tempo intermittente può essere controllato; 2) La dimensione dell'intero generatore deve essere piccola; 3) Richiedere la capacità di produrre laser superpotenti.

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