레이저의 원리와 응용
레이저 작동 원리
레이저는 레이저 광을 방출하는 장치입니다. 작동 매체에 따라 레이저는 가스 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저 및 염료 레이저의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 최근에는 자유 전자 레이저가 개발되었습니다. 고출력 레이저는 일반적으로 펄스 출력입니다.
자유 전자 레이저를 제외하고 다양한 레이저의 기본 작동 원리는 동일합니다. 레이저 광을 생성하는 데 없어서는 안될 조건은 인구 반전 및 이득이 손실보다 크므로 장치의 필수 구성 요소는 여기 (또는 펌핑) 소스와 준 안정 에너지 수준의 작동 매체입니다. 여기는 여기 된 상태를 자극하는 작동 매체의 여기로, 인구 반전을 달성하고 유지하기위한 조건을 만듭니다. 인센티브 방법에는 광 여기, 전기 여기, 화학적 여기 및 원자력 여기가 포함됩니다.
작동 매체의 준 안정 에너지 수준은 자극 된 방사선이 우세하여 광학 증폭을 달성합니다. 레이저의 일반적인 구성 요소는 공진 캐비티이지만 공진 캐비티 (광 공동 참조)는 필수 구성 요소가 아닙니다. 공진 공동은 공동의 광자가 일관된 주파수, 위상 및 이동 방향을 가질 수 있도록하여 레이저가 좋은 방향성과 일관성을 가질 수 있도록합니다. 더욱이, 그것은 작업 물질의 길이를 잘 단축시킬 수 있고, 또한 공동의 길이를 변경 (즉, 모드 선택)함으로써 생성 된 레이저의 모드를 조절할 수 있기 때문에 레이저는 일반적으로 공진 공동을 갖는다.
레이저의 세 가지 구성 요소
첫째, 작동 물질
레이저의 핵심에는 에너지 레벨 전환을 달성 할 수있는 물질 만 레이저의 작업 물질로 사용될 수 있습니다.
Second, 인센티브 에너지
그 역할은 작동 물질에 에너지를 공급하는 것이며 원자는 낮은 에너지 수준에서 높은 에너지 수준의 외부 에너지로 여기됩니다. 일반적으로 빛 에너지, 열 에너지, 전기 에너지, 화학 에너지 등이 있습니다.
셋째, 광학 공동의 역할 :
첫째, 작업 물질의 자극 방사가 지속적으로 수행됩니다.
두 번째는 광자를 지속적으로 가속하는 것입니다.
세 번째는 레이저 출력의 방향을 제한하는 것입니다.
가장 단순한 광학 캐비티는 HeNe 레이저 끝에 배치 된 두 개의 서로 평행 한 거울로 구성됩니다. 일부 중수소 원자가 입자 반전을 달성하고 레이저 방향에 평행 한 광자를 방출하는 두 에너지 레벨 사이에서 전환 될 때,이 광자는 두 거울 사이에서 앞뒤로 반사되어 지속적으로 자극 된 방사선을 유발합니다. 매우 강력한 레이저가 매우 빠르게 생성됩니다.
레이저의 순수한 빛과 안정된 스펙트럼은 다양한 방법으로 적용될 수 있습니다.
루비 레이저
원래 레이저는 밝은 플래시 전구로 문지르고 생산 된 레이저는" pulsed laser" 지속적으로 안정된 빔보다는 이 레이저가 생성하는 빛의 품질은 오늘날 우리가 사용하는 레이저 다이오드가 생성하는 레이저와 근본적으로 다릅니다. 몇 나노초에 불과한이 강렬한 발광은 홀로그램 인물 사진과 같이 움직이기 쉬운 물체를 캡처하는 데 이상적입니다. 최초의 레이저 초상화는 1967 년에 탄생했습니다. 루비 레이저는 값 비싼 루비가 필요하며 짧은 빛만 방출 할 수 있습니다.
헬륨 레이저
1960 년에 과학자 Ali Javan, William R. Brennet Jr. 및 Donald Herriot이 HeNe 레이저를 설계했습니다. 이것은 홀로그램 사진 작가에서 일반적으로 사용되는 최초의 가스 레이저입니다.
두 가지 장점 : 1. 연속 레이저 출력 생성; 2. 광 여기를 수행하기 위해 플래시 전구가 필요하지 않지만 전기 여기 가스를 사용합니다.
레이저 다이오드
레이저 다이오드는 가장 일반적으로 사용되는 레이저 중 하나입니다. 다이오드의 PN 접합 양측에서 전자와 정공이 자발적으로 재결합하는 현상을 자발적 방출이라고합니다. 자발적 방출에 의해 생성 된 광자가 반도체를 통과 할 때 방출 된 전자-정공 쌍을 통과하면 재결합하여 새로운 광자를 생성하도록 여기 될 수 있으며, 이는 여기 된 캐리어가 재결합하여 새로운 광자를 방출하도록 유도합니다. 이 현상을 자극 방사선이라고합니다.
주입 전류가 충분히 크면 열 평형 상태와 반대되는 캐리어 분포가 형성됩니다. 즉 인구 수가 반전됩니다. 활성층의 캐리어가 많은 수의 반전에있을 때 소량의 자발적으로 생성 된 광자가 공진 공동의 양쪽 끝에서 상호 반사로 인해 유도 성 복사를 생성하여 주파수 선택 공진 또는 이득에 대한 선택적 피드백을 생성합니다. 특정 주파수. 이득이 흡수 손실보다 크면 좋은 스펙트럼 라인을 가진 일관된 빛인 레이저가 PN 접합에서 방출 될 수 있습니다. 레이저 다이오드의 발명은 레이저 응용 프로그램, 다양한 유형의 정보 스캐닝, 광섬유 통신, 레이저 거리 측정, 레이저 레이더, 레이저 디스크, 레이저 포인터, 슈퍼마켓 컬렉션 등의 신속한 응용을 가능하게하며 다양한 응용 프로그램이 지속적으로 개발되고 대중화되고 있습니다. .