Laser-laser fysikk-Gain medium og hulrom

Nov 21, 2018

Legg igjen en beskjed

Gevinstmediet blir satt i en spennende tilstand av en ekstern energikilde. I de fleste lasere består dette medium av en populasjon av atomer som har blitt opphisset i en slik tilstand ved hjelp av en utvendig lyskilde eller et elektrisk felt som tilveiebringer energi for atomer skal absorbere og transformeres til deres opphissede tilstander.


Gevinstmediet til en laser er normalt et materiale med kontrollert renhet, størrelse, konsentrasjon og form som forsterker strålen ved prosessen med stimulert utslipp beskrevet ovenfor. Dette materialet kan være av hvilken som helst tilstand: gass, væske, fast stoff eller plasma. Gevinstmediet absorberer pumpeenergi, noe som øker noen elektroner inn i høyere energi ("spente") kvanteforhold. Partikler kan samhandle med lys ved enten å absorbere eller sende ut fotoner. Utslipp kan være spontan eller stimulert. I sistnevnte tilfelle sendes fotonet i samme retning som lyset som går forbi. Når antall partikler i en opphisset tilstand overstiger antall partikler i noen lavere energitilstand, oppnås populasjonsinversjon og mengden av stimulert utslipp på grunn av lys som passerer gjennom er større enn absorpsjonsmengden. Derfor forsterkes lyset. I seg selv gjør dette en optisk forsterker. Når en optisk forsterker er plassert inne i et resonant optisk hulrom, får man en laseroscillator.


I noen situasjoner er det mulig å skaffe lasing med bare et enkelt pass på EM-stråling gjennom forsterkningsmediet, og dette gir en laserstråle uten behov for resonans eller reflekterende hulrom (se for eksempel nitrogenlaser). Dermed er refleksjon i resonanshulrom vanligvis nødvendig for en laser, men er ikke absolutt nødvendig.


Den optiske resonatoren kalles noen ganger som et "optisk hulrom", men dette er en misnomer: lasere bruker åpne resonatorer i motsetning til det bokstavelige hulrom som ville bli brukt ved mikrobølgefrekvenser i en maser. Resonatoren består typisk av to speil mellom hvilke en koherent lysstråle beveger seg i begge retninger, reflekterer tilbake på seg selv, slik at en gjennomsnittsfoton vil passere gjennom forsterkningsmediet flere ganger før det blir utløst fra utgangsåpningen eller tapt for diffraksjon eller absorpsjon. Hvis forsterkningen (forsterkning) i mediet er større enn resonatortapene, kan kraften til det resirkulerende lyset stige eksponentielt. Men hver stimulerte utslippshendelse returnerer et atom fra sin opphissede tilstand til grunntilstanden, og reduserer forsterkningen av mediet. Med økende strålekraft reduseres nettovinsten (gevinst minus tap) til enhet og forsterkningsmediet sies å være mettet. I en kontinuerlig bølge (CW) laser, gir balansen mellom pumpeffekten mot forsterkningsmetning og kavitetstap en likevektsverdi av laserkraften inne i hulrommet; denne likevekten bestemmer laserens driftspunkt. Hvis den påførte pumpeffekten er for liten, vil gevinsten aldri være tilstrekkelig til å overvinne hulrommet, og laserlyset vil ikke bli produsert. Den minimale pumpeffekten som trengs for å starte laservirkningen kalles lassertærskelen. Gevinstmediet vil forsterke fotoner som passerer gjennom det, uansett retning; men bare fotonene i en romlig modus støttet av resonatoren vil passere mer enn en gang gjennom mediet og motta betydelig forsterkning.


Sende bookingforespørsel
Kontakt osshvis du har spørsmål

Du kan enten kontakte oss via telefon, e-post eller nettskjema nedenfor. Vår spesialist vil kontakte deg snart.

Ta kontakt nå!