Laserkonstruktion
En laser är uppbyggd av tre huvuddelar:
- En energikälla (vanligtvis kallad pumpen eller pumpkällan ),
- Ett förstärkningsmedium eller lasermedium , och
- Två eller flera speglar som bildar en optisk resonator .
Pumpkälla
Pumpkällan är den del som ger energi till lasersystemet . Exempel på pumpkällor inkluderar elektriska urladdningar, blixtlampor, ljusbågslampor, ljus från en annan laser, kemiska reaktioner och till och med explosiva anordningar. Vilken typ av pumpkälla som används beror huvudsakligen på förstärkningsmediet, och detta avgör också hur energin överförs till mediet. En helium-neon-laser (HeNe) använder en elektrisk urladdning i helium-neongasblandningen, en Nd:YAG-laser använder antingen ljus fokuserat från en xenonblixtlampa eller diodlasrar , och excimerlasrar använder en kemisk reaktion.
Gain medium / Laser medium
Förstärkningsmediet är den huvudsakliga bestämmande faktorn för laserns våglängd och andra egenskaper . Förstärkningsmedia i olika material har linjära eller breda spektra. Gain media med brett spektrum möjliggör inställning av laserfrekvensen. Det finns hundratals om inte tusentals olika förstärkningsmedia där laseroperation har uppnåtts (se lista över lasertyper för en lista över de viktigaste). Förstärkningsmediet exciteras av pumpkällan för att producera en populationsinversion , och det är i förstärkningsmediet där spontan och stimulerad emission av fotoner äger rum, vilket leder till fenomenet optisk förstärkning eller amplifiering.
Exempel på olika förstärkningsmedia inkluderar:
- Vätskor, såsom färglaser. Dessa är vanligtvis organiska kemiska lösningsmedel , såsom metanol , etanol eller etylenglykol , som tillsätts kemiska färgämnen såsom kumarin , rhodamin och fluorescein . Den exakta kemiska konfigurationen av färgämnesmolekylerna bestämmer funktionsvåglängden för färgämneslasern .
- Gaser, som koldioxid , argon , krypton och blandningar som helium - neon . Dessa lasrar pumpas ofta av elektrisk urladdning.
- Fasta ämnen, såsom kristaller och glas . De fasta värdmaterialen är vanligtvis dopade med en förorening som krom- , neodym- , erbium- eller titanjoner . Typiska värdar inkluderar YAG ( ytriumaluminiumgranat ) , YLF ( yttriumlitiumfluorid ), safir (aluminiumoxid) och olika glas . Exempel på lasermedia i fast tillstånd inkluderar Nd:YAG, Ti:sapphire , Cr:sapphire (vanligtvis känd som rubin ), Cr:LiSAF (kromdopad litiumstrontiumaluminiumfluorid ) , Er:YLF, Nd:glas och Er: glas. Solid-state lasrar pumpas vanligtvis av blixtlampor eller ljus från en annan laser.
- Halvledare , en typ av fast kristall med jämn dopämnesfördelning eller material med olika dopämnesnivåer där elektronernas rörelse kan orsaka laserverkan. Halvledarlasrar är vanligtvis mycket små och kan pumpas med en enkel elektrisk ström, vilket gör att de kan användas i konsumentenheter som CD- spelare. Se laserdiod .
Optisk resonator
Den optiska resonatorn , eller optiska kaviteten , i sin enklaste form är två parallella speglar placerade runt förstärkningsmediet, som ger återkoppling av ljuset. Speglarna får optiska beläggningar som bestämmer deras reflekterande egenskaper. Vanligtvis är den ena en högreflektor och den andra är en partiell reflektor . Den senare kallas utgångskopplaren , eftersom den tillåter en del av ljuset att lämna kaviteten för att producera laserns utgångsstråle.
Ljus från mediet, producerat av spontan emission , reflekteras av speglarna tillbaka in i mediet, där det kan förstärkas av stimulerad emission . Ljuset kan reflekteras från speglarna och därmed passera genom förstärkningsmediet många hundra gånger innan det lämnar hålrummet. I mer komplexa lasrar används konfigurationer med fyra eller flera speglar som bildar kaviteten. Utformningen och inriktningen av speglarna med avseende på mediet är avgörande för att bestämma den exakta arbetsvåglängden och andra egenskaper hos lasersystemet.
Andra optiska anordningar, såsom snurrande speglar, modulatorer, filter och absorbatorer, kan placeras inuti den optiska resonatorn för att producera en mängd olika effekter på laserutgången, såsom att ändra våglängden på driften eller alstra pulser av laserljus.
Vissa lasrar använder inte en optisk kavitet, utan förlitar sig istället på mycket hög optisk förstärkning för att producera signifikant förstärkt spontan emission (ASE) utan att behöva återkoppling av ljuset tillbaka till förstärkningsmediet. Sådana lasrar sägs vara superluminescerande och avger ljus med låg koherens men hög bandbredd . Eftersom de inte använder optisk återkoppling, kategoriseras dessa enheter ofta inte som lasrar.
Se även
- Koechner, Walter (1992). Solid-State Laser Engineering , 3:e upplagan, Springer-Verlag. ISBN 0-387-53756-2
externa länkar
- Sam's Laser FAQ En praktisk guide till laser för experimenterande och hobbyister