Laserski princip

Načelo laserjev temelji na stimulirani emisiji, konceptu, ki ga je prvi predlagal Einstein v začetku 20. stoletja. Glavni postopek je naslednji:

- Prehod elektronov: Atomi ali molekule v delovnem mediju pridobijo energijo pod vplivom vira črpalke (kot je električna energija, svetlobna energija itd.), pri čemer prehajajo z nizke ravni energije na visoko raven energije in preidejo v vzbujeno stanje. Ker je visoka raven energije nestabilna, atomi ali molekule spontano preidejo nazaj na nizko energijsko raven in pri tem sproščajo fotone.

- Odboj resonančne votline: ti fotoni se odbijajo naprej in nazaj v resonančni votlini, medsebojno delujejo z drugimi atomi ali molekulami v vzbujenem stanju v delovnem mediju, kar sproži bolj stimulirano emisijo. To povzroči nenadno povečanje števila fotonov, kar ima za posledico visoko intenzivno, visoko monokromatsko in izjemno usmerjeno lasersko svetlobo.

Laserske komponente

Laser je v glavnem sestavljen iz treh delov: delovnega medija, vira črpalke in resonančne votline.

- Delovni medij: To je temelj laserske generacije. Sestavljen je iz aktivnega medija, ki omogoča populacijsko inverzijo, kot je rubin, neodim steklo ali plin ogljikov dioksid.

- Vir črpalke: zagotavlja energijo delovnemu mediju, kar povzroča stimulirano emisijo. Običajne metode vključujejo električno vzbujanje in optično vzbujanje.

- Resonančna votlina: sestavljena iz zrcal s popolnim notranjim odbojem in zrcal z delnim notranjim odbojem zagotavlja povratne informacije in nihajoče okolje za fotone, kar jim omogoča, da večkrat potujejo naprej in nazaj znotraj votline, s čimer povečajo učinek stimulirane emisije in na koncu oblikujejo laserski izhod.

Razlika med enomodnimi in večmodnimi laserji

Glavna razlika med enomodnimi in večmodnimi laserji je v številu modov v izhodnem žarku.

- Enomodalni laser: podpira samo en način širjenja svetlobe. Ima visoko kakovost žarka, dobro usmerjenost in koherenco, standardno krožno točko žarka in majhen divergentni kot. Primeren je za visoko natančne aplikacije, kot so laserski interferometri in komunikacija z optičnimi vlakni.

- Večnačinski laser: podpira več načinov širjenja svetlobe. Ima velik divergentni kot izhodnega žarka, zapleteno obliko žarka in porazdelitev intenzivnosti ter krajšo koherentno dolžino, a visoko izhodno moč. Primeren je za manj zahtevne aplikacije, kot sta obdelava materialov in lasersko osvetljevanje.

Laserji – Gaussovi žarki

Laserji se imenujejo Gaussovi žarki, ker je njihova porazdelitev intenzitete po prečnem prerezu približno v skladu z Gaussovo funkcijo, kar pomeni, da je intenzivnost visoka v središču in se postopoma zmanjšuje proti robovom ter kaže zvonasto krivuljo.

Ta značilnost porazdelitve izvira iz samoreproducibilnosti laserja med njegovim nastajanjem v resonančni votlini; tudi po uklonu in širjenju njegova porazdelitev intenzitete ohranja Gaussovo obliko. Gaussovi žarki imajo odlično zmogljivost ostrenja in monokromatičnost, kar učinkovito zmanjšuje konkurenco med načini in izboljšuje kakovost žarka, zaradi česar se široko uporabljajo pri načrtovanju optičnih sistemov, laserski obdelavi in ​​na drugih področjih.

Klasifikacija laserjev Laserje je mogoče razvrstiti na več načinov, eden izmed njih je po delovnem mediju:

- Polprevodniški laserji: kot delovni medij uporabljajo trdne materiale, kot so laserji z aluminijevim granatom, dopiranim z neodimom (Nd:YAG). Ti laserji imajo običajno visoko izhodno moč in dobro stabilnost ter se pogosto uporabljajo v industrijski predelavi, medicini in znanstvenih raziskavah.

- Plinski laserji: uporabljajo pline kot delovni medij, kot so helij-neonski laserji (He-Ne) in laserji z ogljikovim dioksidom (CO2). Plinski laserji imajo široko uporabo v vidnem in infrardečem spektralnem območju.

- Tekoči laserji: znani tudi kot barvni laserji kot delovni medij uporabljajo raztopine organskih barvil. Njihova nastavljivost valovne dolžine jim daje edinstvene prednosti v znanstvenih raziskavah in biomedicini.

- Polprevodniški laserji: kot delovni medij uporabljajo polprevodniške materiale, kot so laserske diode. Ti laserji nudijo prednosti pri miniaturizaciji in integraciji ter se pogosto uporabljajo v optični komunikaciji, laserskem tiskanju in na drugih področjih.

- Laserji s prostimi elektroni: kot delovni medij uporabljajo žarke prostih elektronov visoke hitrosti. Ponujajo širok razpon izhodne moči in valovnih dolžin, zaradi česar so primerni za visokoenergijsko fiziko in rentgensko spektroskopijo.