Có bao nhiêu máy phát laser? (Phần 2)

Mặc dù có nhiều loạitia laser, chúng được tạo ra bởi sự kích thích và bức xạ kích thích, do đó thành phần cơ bản của tia laser được cố định, bởi chất hoạt động (nghĩa là môi trường làm việc có thể tạo ra sự đảo ngược số lượng hạt sau khi kích thích), nguồn kích thích (năng lượng có thể tạo ra chất làm việc đảo ngược số lượng hạt, còn được gọi là nguồn bơm) và bộ cộng hưởng quang học bao gồm ba phần.

Ⅱ. Laser khí

Có nhiều loại laser khí, trong đó phổ biến nhất là laser carbon dioxide và laser helium-neon.

1. Máy phát laser CO₂

Laser CO₂, chủ yếu sử dụng khí CO₂, bổ sung một lượng nhỏ nitơ và heli, đồng thời sử dụng kích thích "nguồn bơm", để các phân tử khí tạo ra sự chuyển đổi mức năng lượng, từ đó kích thích tia laser.

Mức năng lượng phân tử kích thích bằng laser CO₂ để thu được tia laser. Nguyên lý hoạt động của nó phức tạp hơn vì phân tử có ba chuyển động khác nhau, một là chuyển động của các electron trong phân tử xác định trạng thái electron của phân tử; Thứ hai, trạng thái năng lượng dao động của phân tử được xác định bởi dao động nguyên tử trong phân tử. Thứ ba, chuyển động quay tổng thể của phân tử xác định trạng thái năng lượng quay của phân tử. Trạng thái chuyển động của phân tử phức tạp, mức năng lượng phức tạp nên quá trình chuyển đổi mức năng lượng của các phân tử bị kích thích cũng phức tạp.

Khí CO₂, một lượng nhỏ nitơ và heli được gói gọn trong một "ống xả" thủy tinh; Một loại "nguồn bơm" nào đó được áp dụng liên tục, phát ra các electron chạm vào các phân tử nitơ trong ống và khiến chúng bị kích thích; Phân tử nitơ và phân tử CO₂ va chạm nhau, phân tử nitơ truyền năng lượng cho phân tử CO₂, phân tử CO₂ chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao; Gửi tia laser. Điều đó có nghĩa là, "nguồn bơm" của tia laser phát ra từ phân tử khí CO₂ là sự kích thích thứ cấp, đầu tiên là sự rung động của phân tử nitơ được kích thích bằng electron, sau đó là phân tử nitơ tác động lên phân tử CO₂.

Các phân tử CO₂ bị kích thích ra khỏi ánh sáng hồng ngoại nhưng cũng cần tăng cường sự cộng hưởng và tia laser tăng cường phải được truyền ra ngoài. Để tăng cường sự cộng hưởng hồng ngoại, ống thủy tinh kín có thể được mạ vàng để tạo thành gương; Vì kính thông thường không có khả năng truyền ánh sáng hồng ngoại nên một lỗ nhỏ được mở ở giữa gương và một vật liệu có thể truyền ánh sáng hồng ngoại được bịt kín để tia laser hồng ngoại sau khi cộng hưởng có thể truyền qua lỗ.

Nguồn kích thích bằng laser CO₂ có nhiều loại dòng điện một chiều điện áp cao, dòng điện xoay chiều tần số cao, tần số vô tuyến và lò vi sóng.

Laser CO₂ thường được sử dụng có công suất từ ​​hàng chục watt đến gần kilowatt, laser CO₂ được bán trên thị trường và những tia laser này được sử dụng thành công trong mọi tầng lớp xã hội. Những đặc tính này làm cho laser carbon dioxide được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, nó được sử dụng để xử lý nhiều loại vật liệu, bao gồm khoan, cắt, hàn, ủ, nung chảy, biến đổi bề mặt, phủ, v.v. Được sử dụng về mặt y tế trong các quy trình phẫu thuật khác nhau; Các ứng dụng quân sự bao gồm vũ khí laser, lidar và thậm chí cả vũ khí năng lượng định hướng.

2. Laser helium-neon

Laser helium-neon là một trong những loại laser được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, với công suất đầu ra từ 0.5 đến 100 miliwatt, với chất lượng chùm tia rất tốt. Nó có thể được sử dụng trong điều trị phẫu thuật, thẩm mỹ bằng laser, đo lường tòa nhà , chỉ báo đối chiếu, in photocopy, con quay laze, v.v. Nhiều LABS ở trường trung học cũng đang sử dụng nó cho các thí nghiệm trình diễn.

Nhìn chung, mật độ năng lượng đầu ra của laser khí nhỏ hơn mật độ năng lượng đầu ra của laser rắn.

Ⅲ. Laser bán dẫn

Hiện nay, trong các thiết bị laser bán dẫn, laser bán dẫn diode GaAs (Gallium arsenide) có hiệu suất tốt hơn và được sử dụng rộng rãi.

Đối với laser GaAs (Gallium arsenide), số lượng hạt mang không cân bằng bị đảo ngược giữa các dải năng lượng của vật liệu bán dẫn bằng cách kích thích dòng điện và tia laser được tạo ra khi các electron ở trạng thái đảo ngược kết hợp với lỗ trống.

Laser diode bán dẫn có thể phát ra ánh sáng laser khả kiến ​​nhưng cũng có thể phát ra ánh sáng cận hồng ngoại hoặc tia cực tím. Điều đáng chú ý là ánh sáng phát ra từ điốt phát sáng (LED) thông thường không phải là tia laser và điốt laser (LD) được tạo thành từ một bộ cộng hưởng trên cơ sở điốt phát sáng.

Laser diode bán dẫn là loại laser thiết thực và quan trọng nhất. Nó có kích thước nhỏ, nhẹ, hoạt động đáng tin cậy, tiêu thụ ít điện năng hơn, hiệu quả cao và tuổi thọ cao. Bởi vì có thể sử dụng kích thích điện áp và dòng điện nên nó có thể tương thích với các mạch tích hợp. Nó cũng có thể điều chỉnh trực tiếp dòng điện ở tần số lên tới GHz để thu được đầu ra laser được điều chế tốc độ cao. Do những ưu điểm này, laser diode bán dẫn đã được sử dụng rộng rãi trong truyền thông laser, lưu trữ quang học, con quay hồi chuyển quang học, in laser, đo khoảng cách và radar.

Truyền thông sợi quang là lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của laser bán dẫn và mạng truyền thông không thể tách rời khỏi laser bán dẫn.

Các ứng dụng laser bán dẫn ánh sáng nhìn thấy có thể được nhìn thấy ở khắp mọi nơi, chẳng hạn như đầu đọc mã vạch, đọc và ghi bộ nhớ quang, in laser, in laser, hiển thị màu màn hình, tivi màu độ phân giải cao, v.v.

Laser bán dẫn cũng thường được sử dụng trong viễn thám laser, truyền thông không gian tự do, Windows khí quyển, giám sát khí quyển và phân tích quang phổ hóa học.

Việc sử dụng laser bán dẫn trong quân sự cũng rất tuyệt vời, chẳng hạn như các biện pháp đối phó hồng ngoại, nhắm mục tiêu bằng laser, đo khoảng cách bằng laser, lidar, dẫn đường bằng laser, ngòi nổ laser, v.v.

Ⅳ. Laser hóa học

Laser hóa học sử dụng các phản ứng hóa học để tạo ra ánh sáng laser. Ví dụ, khi các nguyên tử flo và hydro phản ứng hóa học, các phân tử hydro florua có thể được hình thành ở trạng thái kích thích. Bằng cách này, khi hai trạng thái ion của khí được trộn lẫn nhanh chóng, ánh sáng laser có thể được tạo ra, do đó không cần năng lượng nào khác và có thể thu được năng lượng ánh sáng rất mạnh trực tiếp từ phản ứng hóa học.

Hiện nay, quan trọng nhất là hai thiết bị hydro florua (HF) và deuterium florua (DF), bước sóng laser trước đây nằm trong khoảng 2,6 ~ 3,3 micron; Loại thứ hai là từ 3,5 đến 4,2 micron. Ngoài ra, laser hydro bromua (HBr), bước sóng 4.0 ~ 4,7 micron; Laser carbon monoxide (CO), bước sóng 4,9 ~ 5,8 micron; Laser oxy iốt, 1,3 micron. Những tia laser hóa học tinh khiết này hiện có thể đạt được công suất vài megawatt và bước sóng laser của chúng nằm trong phổ hồng ngoại gần đến hồng ngoại trung, có thể dễ dàng truyền đi trong khí quyển hoặc trong sợi quang.

Do tia laser hóa học được tạo ra bằng phản ứng hóa học nên thể tích của loại tia laser này tương đối nhỏ và phù hợp hơn cho công việc thực địa; Đặc biệt, có thể sản xuất ra tia laser công suất cao, có thể sử dụng cho mục đích quân sự cũng như cho phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Nghiên cứu về vi hóa học đã trực tiếp thúc đẩy nghiên cứu về laser hóa học, và hướng phát triển của laser hóa học chủ yếu tập trung vào: 1) việc sản xuất laser phản ứng hóa học đòi hỏi phải vận hành thực tế, có thể kiểm soát được công suất và có thể điều chỉnh thời gian gián đoạn. được kiểm soát; 2) Kích thước của toàn bộ máy phát điện phải nhỏ; 3) Yêu cầu có khả năng chế tạo được tia laser siêu năng lượng.

Thông tin liên lạc:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, vui lòng nói chuyện với chúng tôi. Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ tuân theo mục tiêu của mình là cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất.