Усиление света путем стимулированного излучения, или, короче говоря, лазера, представляет собой устройство, которое создает и усиливает электромагнитное излучение определенной частоты посредством процесса стимулированного излучения. В лазере все световые лучи имеют одинаковую длину волны и когерентны; они могут преодолевать большие расстояния, не рассеиваясь.
Чтобы понять, как работают лазеры, мы должны понять, как атом излучает свет. Атом — самая маленькая частица в мире, и он содержит электроны. Вводя в атом дополнительный фотон, электроны вынуждены перейти на более высокий энергетический уровень, и теперь атом находится в возбужденном состоянии. Однако возбужденный атом нестабилен, и электроны всегда пытаются вернуться в свое основное состояние, поэтому высвобождают избыточную энергию, которую они первоначально получили, в виде фотона светового излучения. Этот процесс называется спонтанным излучением, как показано ниже на рисунке. 1.
Лазер содержит камеру, в которой возбуждаются атомы среды, выводя их электроны на более высокие орбиты с более высокими энергетическими состояниями. Когда один из этих электронов переходит в состояние с более низкой энергией, он отдает свою дополнительную энергию в виде фотона с определенной частотой. Вводя в систему больше фотонов, фотоны в конечном итоге встретят другой атом с возбужденным электроном, который будет стимулировать этот электрон вернуться в исходное состояние, испуская два или более фотона с той же частотой, что и первый, и в фазе с ним. . Этот эффект каскадно распространяется по камере, постоянно стимулируя другие атомы испускать еще более когерентные фотоны, и этот процесс называется стимулированным излучением. Другими словами, свет был усилен, как показано ниже на рисунке 2.
Кроме того, зеркала на обоих концах камеры заставляют свет отражаться взад и вперед по среде. Одно из зеркал частично прозрачно, что позволяет лазерному лучу выходить из этого конца камеры. Поддерживая достаточное количество атомов в среде с помощью внешнего источника энергии в более высоком энергетическом состоянии, эмиссия постоянно стимулируется, и этот процесс называется инверсией населенности. В конечном итоге он создает поток когерентных фотонов, который представляет собой очень концентрированный луч мощного лазерного света. Лазеры имеют множество промышленных, военных и научных применений, включая сварку, обнаружение целей, микроскопическую фотографию, оптоволокно, хирургию и т. д.
Виды лазера:
Существует много различных типов лазеров, и ниже приведены пять основных типов.
1. Газовые лазеры – напр. Газовый HeNe-лазер и CO2-лазеры, излучающие мощность в сотни ватт. Их обычно используют для резки и сварки в промышленности.
2. Химические лазеры – работают на основе химической реакции, которая позволяет получать большое количество энергии, в основном для военного использования, и с очень большой длиной волны. Бывший. Фтороводородный лазер 2700 нм.
3. Твердотельные лазеры – с оптической накачкой за счет использования твердой легированной среды, такой как ионно-легированный кристалл или стекло. Примером может служить лазерная указка.
4. Волоконные лазеры – свет направляется за счет внутреннего отражения в оптическом волокне. В настоящее время они широко известны благодаря своей высокой выходной мощности и высокому оптическому качеству, а также длительному сроку службы. Причина кроется в свойствах волокон, которые обеспечивают высокое соотношение площади поверхности к объему, что позволяет эффективно охлаждать при постоянной выходной мощности в киловаттах. Волнопроводящие свойства волокна помогают поддерживать мощность сигнала и минимизировать искажения. Волоконные лазеры в настоящее время широко используются для телекоммуникаций, охватывающих регионы длиной в несколько километров.
5. Полупроводниковые лазеры – с электрической накачкой.
а) Светоизлучающие диоды (СИД). В диоде, изготовленном из полупроводника с прямой запрещенной зоной, такого как арсенид галлия, носители, пересекающие переход, излучают фотоны, когда они рекомбинируют с основным носителем на другой стороне. В зависимости от материала могут создаваться длины волн (или цвета) от инфракрасного до ближнего ультрафиолета. Все светодиоды излучают некогерентный свет узкого спектра. Светодиоды также можно использовать в качестве фотодиодов с низким КПД в сигнальных приложениях. Светодиод может быть соединен с фотодиодом или фототранзистором в одном корпусе, образуя оптоизолятор.
б) Лазерные диоды. Когда структура, подобная светодиоду, содержится в резонансной полости, образованной полировкой параллельных торцевых поверхностей, может быть сформирован лазер. Лазерные диоды обычно используются в оптических запоминающих устройствах и для высокоскоростной оптической связи.
Лазерный диод — это лазер, в котором средой является полупроводник, образованный pn-переходом, как показано на рис. 3, и питаемый электрическим током. Информацию о различных типах структур лазерных диодов можно найти в Приложении 3. По сути, лазерный диод представляет собой комбинацию полупроводникового чипа, излучающего когерентный свет, и мониторного фотодиода для управления выходной мощностью с обратной связью, в герметично упакованном и запечатанном корпусе.
Полупроводниковыми материалами, которые сегодня используются для создания диодов с pn-переходом, излучающими свет, являются: арсенид галлия, фосфид индия, антимонид галлия и нитрид галлия. Причина, по которой они используются, заключается в трех-пяти свойствах соединений в химической таблице Менделеева. Материалы должны быть сильно легированы для создания областей P – N, что исключает другие, оставляя группы три-пять идеальными вариантами.
Их длины волн можно регулировать, изменяя соотношение состава. Например, длину волны лазерного луча, создаваемого подложкой InP, можно увеличить, увеличив содержание индия или снизив процентное содержание фосфата. Более длинная длина волны обычно указывает на большее расстояние перемещения.
Согласно Википедии, лазерные диоды являются наиболее распространенным типом лазеров: в 2004 году было продано около 733 миллионов диодных лазеров по сравнению со 131000 другими типами лазеров. Лазерные диоды находят широкое применение в телекоммуникациях как легкомодулируемые и легко подключаемые источники света для оптоволоконной связи.
Brandnew может предложить мощные диодные лазеры и системы в широком диапазоне выходных мощностей и длин волн, включая лазерные чипы, оптоволоконные лазерные диоды, однополосные и мощные диодные лазерные матрицы. Сильные стороны BrandNews заключаются в талантливых сотрудниках, обеспечении качества, контроле процессов, разработке продукции и серийном производстве. Наш ассортимент продукции дает это ощущение нашим клиентам, которые быстро понимают, что наши решения помогают им сэкономить время при работе с фотонными системами RD и работами по интеграции.
Наш адрес
B-1508 Особняк Руйдинг, улица Чжэньхуа, № 200, район Сиху
Номер телефона
0086 181 5840 0345
Электронная почта
info@brandnew-china.com
