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현대 기술의 초석 인 레이저는 복잡한만큼 매력적입니다. 그들의 마음에는 일관되고 증폭 된 빛을 생성하기 위해 일소로 작업하는 성분의 교향곡이 있습니다. 이 블로그는 과학적 원칙과 방정식에 의해 지원되는 이러한 구성 요소의 복잡성을 탐구하여 레이저 기술에 대한 더 깊은 이해를 제공합니다.
레이저 시스템 구성 요소에 대한 고급 통찰력 : 전문가를위한 기술적 관점
| 요소 | 기능 | 예 |
| 매체를 얻습니다 | 게인 매체는 빛을 증폭시키는 데 사용되는 레이저의 재료입니다. 그것은 집단 역전 과정을 통해 광 증폭을 촉진하고 방출 된 방출을 자극합니다. 게인 배지 선택은 레이저의 방사선 특성을 결정합니다. | 솔리드 스테이트 레이저: 예 : ND : YAG (Neodymium Doped Yttrium aluminum garnet), 의료 및 산업 응용 분야에 사용됩니다.가스 레이저: 예 : 절단 및 용접에 사용되는 CO2 레이저.반도체 레이저:예 : 광섬유 통신 및 레이저 포인터에 사용되는 레이저 다이오드. |
| 펌핑 소스 | 펌핑 공급원은 이득 매체에 에너지를 제공하여 집단 반전 (집단 반전의 에너지 원)을 달성하여 레이저 작동을 가능하게합니다. | 광학 펌핑: 플래시 램프와 같은 강렬한 광원을 사용하여 고체 레이저를 펌핑합니다.전기 펌핑: 전류를 통한 가스 레이저의 가스를 흥미 롭습니다.반도체 펌핑: 레이저 다이오드를 사용하여 고형 상태 레이저 매체를 펌핑합니다. |
| 광장 | 두 개의 거울로 구성된 광장은 빛을 반사하여 게인 매체에서 빛의 경로 길이를 증가시켜 빛 증폭을 향상시킵니다. 레이저 증폭을위한 피드백 메커니즘을 제공하여 빛의 스펙트럼 및 공간적 특성을 선택합니다. | 평면-평균 공동: 실험실 연구, 간단한 구조에 사용됩니다.평면-점심 공동: 산업용 레이저에서 일반적으로 고품질 빔을 제공합니다. 반지 공동: 링 가스 레이저와 같은 링 레이저의 특정 설계에 사용됩니다. |
게인 매체 : 양자 역학 및 광학 공학의 넥서스
게인 매체의 양자 역학
게인 매체는 광 증폭의 기본 과정이 발생하는 곳이며, 양자 역학에 깊이 뿌리 박힌 현상입니다. 매체 내에서 에너지 상태와 입자 사이의 상호 작용은 자극 된 방출 및 집단 역전의 원리에 의해 좌우된다. 빛의 강도 (I), 초기 강도 (I0), 전이 단면 (σ21) 및 두 에너지 수준 (N2 및 N1)의 입자 수 사이의 중요한 관계는 식 I = i0e^(σ21 (n2-N1) L)에 의해 설명된다. N2> N1이 증폭에 필수적이며 레이저 물리학의 초석입니다.1].
3 단계 대 4 단계 시스템
실제 레이저 설계에서는 3 단계 및 4 레벨 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 더 낮은 레이저 수준이 접지 상태이기 때문에 3 단계 시스템은 더 간단하지만 인구 역전을 달성하기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다. 반면에 4 단계 시스템은 더 높은 에너지 수준에서 빠른 비 방사성 붕괴로 인해보다 효율적인 인구 역전 경로를 제공하여 현대식 레이저 응용 분야에서 더 널리 퍼져 있습니다.2].
Is 에르 비움 도핑 유리게인 매체?
그렇습니다. Erbium 도핑 유리는 실제로 레이저 시스템에 사용되는 유형의 게인 매체입니다. 이러한 맥락에서, "도핑"은 유리에 일정량의 에르 비움 이온 (er³⁺)을 첨가하는 과정을 말한다. Erbium은 유리 숙주에 포함될 때 레이저 작동의 기본 과정 인 자극 된 방출을 통해 빛을 효과적으로 증폭시킬 수있는 희토류 요소입니다.
Erbium-Doped 유리는 특히 통신 산업에서 섬유 레이저 및 섬유 증폭기에서 사용하는 데 특히 유명합니다. 이들 응용 분야에는 1550 nm 정도의 파장에서의 빛을 효율적으로 증폭시키기 때문에 표준 실리카 섬유의 낮은 손실로 인해 광섬유 통신의 주요 파장입니다.
그만큼에르븀이온은 펌프 라이트를 흡수합니다 (종종 a레이저 다이오드) 그리고 더 높은 에너지 상태에 흥분합니다. 그들이 더 낮은 에너지 상태로 돌아 오면, 그들은 레이저 파장에서 광자를 방출하여 레이저 공정에 기여합니다. 이로 인해 Erbium 도핑 유리는 다양한 레이저 및 앰프 설계에서 효과적이고 널리 사용되는 이득 매체가됩니다.
관련 블로그 : 뉴스 - Erbium 도핑 유리 : 과학 및 응용
펌핑 메커니즘 : 레이저 뒤의 원동력
인구 역전을 달성하기위한 다양한 접근법
펌핑 메커니즘의 선택은 레이저 설계에서 중추적이며 효율성에서 출력 파장에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다. 플래시 램프 또는 기타 레이저와 같은 외부 광원을 사용하는 광학 펌핑은 고형 상태 및 염료 레이저에서 일반적입니다. 전기 방전 방법은 일반적으로 가스 레이저에 사용되는 반면 반도체 레이저는 종종 전자 주입을 사용합니다. 이러한 펌핑 메커니즘, 특히 다이오드 펌핑 고형 상태 레이저에서의 효율성은 최근 연구에서 상당한 초점이되어 더 높은 효율성과 소형성을 제공합니다 [3].
펌핑 효율의 기술적 고려 사항
펌핑 프로세스의 효율성은 레이저 설계의 중요한 측면으로 전반적인 성능 및 응용 프로그램 적합성에 영향을 미칩니다. 솔리드 스테이트 레이저에서 플래시 램프와 레이저 다이오드 중에서 펌프 소스로 선택하면 시스템의 효율성, 열 부하 및 빔 품질에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 고전력, 고효율 레이저 다이오드의 개발은 DPSS 레이저 시스템에 혁명을 일으켜보다 작고 효율적인 설계를 가능하게합니다.4].
광장 : 레이저 빔 엔지니어링
캐비티 디자인 : 물리 및 공학의 균형 행위
광장 또는 공진기는 수동 성분 일뿐 만 아니라 레이저 빔을 형성하는 데 적극적인 참여자입니다. 거울의 곡률 및 정렬을 포함하여 공동의 설계는 레이저의 안정성, 모드 구조 및 출력을 결정하는 데 중요한 역할을합니다. 구멍은 광학 엔지니어링과 파동 광학을 결합한 도전 인 손실을 최소화하면서 광학 게인을 향상 시키도록 설계되어야합니다.5.
진동 조건 및 모드 선택
레이저 진동이 발생하기 위해서는 매체에 의해 제공되는 이득이 캐비티 내 손실을 초과해야합니다. 이 조건은 일관된 파동 중첩에 대한 요구 사항과 함께 특정 종단 모드 만 지원된다는 것을 나타냅니다. 모드 간격 및 전체 모드 구조는 공동의 물리 길이와 게인 매체의 굴절률에 의해 영향을받습니다.6].
결론
레이저 시스템의 설계 및 운영에는 광범위한 물리 및 엔지니어링 원리가 포함됩니다. 게인 매체를 제어하는 양자 역학에서 광학 공동의 복잡한 엔지니어링에 이르기까지, 레이저 시스템의 각 구성 요소는 전반적인 기능에서 중요한 역할을합니다. 이 기사는 복잡한 레이저 기술의 세계를 엿볼 수 있었으며,이 분야의 교수와 광학 엔지니어의 고급 이해와 공감하는 통찰력을 제공했습니다.
참조
- 1. Siegman, AE (1986). 레이저. 대학 과학 서적.
- 2. Svelto, O. (2010). 레이저의 원리. 뛰는 것.
- 3. Koechner, W. (2006). 솔리드 스테이트 레이저 엔지니어링. 뛰는 것.
- 4. Piper, JA, & Mildren, RP (2014). 다이오드 펌핑 된 고형 상태 레이저. 레이저 기술 및 응용 프로그램 핸드북 (Vol. III). CRC 프레스.
- 5. Milonni, PW 및 Eberly, JH (2010). 레이저 물리학. 와일리.
- 6. Silfvast, WT (2004). 레이저 기초. 케임브리지 대학교 출판부.
후 시간 : 11 월 27 일