Wie viele Lasergeneratoren gibt es? (Teil 2)

Obwohl es eine Vielzahl von gibtLaserSie werden durch Anregung und stimulierte Strahlung erzeugt, sodass die Grundzusammensetzung des Lasers durch den Arbeitsstoff (d. h. das Arbeitsmedium, das nach der Anregung eine Teilchenzahlumkehr erzeugen kann) und die Anregungsquelle (Energie, die erzeugen kann) festgelegt ist Der Arbeitsstoff (Teilchenzahlumkehr, auch Pumpquelle genannt) und der optische Resonator bestehen aus drei Teilen.

Ⅱ. Gaslaser

Es gibt viele Arten von Gaslasern, die am häufigsten verwendeten sind Kohlendioxidlaser und Helium-Neon-Laser.

1. CO₂-Lasergenerator

CO₂-Laser verwenden hauptsächlich CO₂-Gas, fügen eine kleine Menge Stickstoff und Helium hinzu und nutzen auch die „Pumpquellen“-Anregung, so dass die Gasmoleküle einen Energieniveauübergang erzeugen und dadurch den Laser stimulieren.

CO₂-Laser erregen molekulare Energieniveaus, um Laser zu erhalten. Sein Funktionsprinzip ist komplexer, da das Molekül drei verschiedene Bewegungen ausführt: Eine davon ist die Bewegung der Elektronen im Molekül, die den Elektronenzustand des Moleküls bestimmt; Zweitens wird der Schwingungsenergiezustand des Moleküls durch die atomare Schwingung im Molekül bestimmt. Drittens bestimmt die Gesamtrotation des Moleküls den Rotationsenergiezustand des Moleküls. Der Zustand der molekularen Bewegung ist komplex, das Energieniveau ist komplex, daher ist auch der Energieniveauübergangsprozess angeregter Moleküle komplex.

Das Gas CO₂, geringe Mengen Stickstoff und Helium sind in einer gläsernen „Entladungsröhre“ eingekapselt; Es wird kontinuierlich eine Art „Pumpquelle“ angelegt, die Elektronen aussendet, die auf Stickstoffmoleküle in der Röhre treffen und diese erregen; Stickstoffmoleküle und CO₂-Moleküle kollidieren, Stickstoffmoleküle übertragen Energie auf CO₂-Moleküle, CO₂-Moleküle wechseln vom niedrigen Energieniveau zum hohen Energieniveau; Schicken Sie einen Laser aus. Das heißt, die „Pumpquelle“ des vom CO₂-Gasmolekül emittierten Lasers ist eine sekundäre Anregung, zunächst die durch Elektronen angeregte Schwingung des Stickstoffmoleküls und dann das Auftreffen des Stickstoffmoleküls auf das CO₂-Molekül.

CO₂-Moleküle werden durch Infrarotlicht angeregt, müssen aber auch die Resonanz verstärken und der verstärkte Laser muss nach außen gesendet werden. Um die Infrarotresonanz zu verstärken, kann die versiegelte Glasröhre vergoldet werden, um einen Spiegel zu bilden; Da das allgemeine Glas kein Infrarotlicht durchlässt, wird in der Mitte des Spiegels ein kleines Loch geöffnet und ein Material, das Infrarotlicht durchlässt, versiegelt, so dass der Infrarotlaser nach der Resonanz durch das Loch übertragen werden kann.

Die CO₂-Laser-Anregungsquelle verfügt über eine Vielzahl von Hochspannungs-Gleichstrom-, Hochfrequenz-Wechselstrom-, Hochfrequenz- und Mikrowellen-Anregungsquellen.

Häufig verwendete CO₂-Laser haben eine Leistung von mehreren zehn Watt bis fast Kilowatt. CO₂-Laser werden auf dem Markt verkauft und diese Laser werden in allen Lebensbereichen erfolgreich eingesetzt. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Kohlendioxidlaser in vielen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. In der Industrie wird es zur Bearbeitung einer Vielzahl von Materialien verwendet, einschließlich Bohren, Schneiden, Schweißen, Glühen, Schmelzen, Oberflächenmodifikation, Beschichten usw. Medizinische Verwendung bei verschiedenen chirurgischen Eingriffen; Zu den militärischen Anwendungen gehören Laserentfernungsmessungen, Lidar und sogar gezielte Energiewaffen.

2. Helium-Neon-Laser

Der Helium-Neon-Laser ist derzeit einer der am weitesten verbreiteten Laser mit einer Ausgangsleistung zwischen 0,5 und 100 Milliwatt und einer sehr guten Strahlqualität. Er kann in der chirurgischen Behandlung, in der Laserkosmetik und bei der Gebäudevermessung eingesetzt werden , Kollimationsanzeige, fotokopiertes Drucken, Laserkreisel usw. Viele Laboratorien an weiterführenden Schulen nutzen es auch für Demonstrationsexperimente.

Im Allgemeinen ist die Ausgangsenergiedichte von Gaslasern kleiner als die von Festkörperlasern.

Ⅲ. Halbleiterlaser

Derzeit weisen GaAs-Diodenhalbleiterlaser (Galliumarsenid) in Halbleiterlasergeräten eine bessere Leistung auf und werden häufig verwendet.

Bei GaAs-Lasern (Galliumarsenid) wird die Anzahl der Nichtgleichgewichtsträger zwischen den Energiebändern von Halbleitermaterialien durch Stromanregung umgekehrt. Der Laser entsteht, wenn die Elektronen im umgekehrten Zustand mit Löchern kombiniert werden.

Halbleiterdiodenlaser können sichtbares Laserlicht, aber auch nahes Infrarot- oder Ultraviolettlicht aussenden. Es ist erwähnenswert, dass das von einer gewöhnlichen Leuchtdiode (LED) emittierte Licht kein Laser ist und die Laserdiode (LD) aus einem Resonator auf der Basis der Leuchtdiode besteht.

Der Halbleiterdiodenlaser ist der praktischste und wichtigste Lasertyp. Es zeichnet sich durch geringe Größe, geringes Gewicht, zuverlässigen Betrieb, geringeren Stromverbrauch, hohe Effizienz und lange Lebensdauer aus. Da Spannungs- und Stromanregung verwendet werden kann, kann es mit integrierten Schaltkreisen kompatibel sein. Es kann Strom auch direkt bei Frequenzen bis zu GHz modulieren, um eine modulierte Laserausgabe mit hoher Geschwindigkeit zu erhalten. Aufgrund dieser Vorteile werden Halbleiterdiodenlaser häufig in der Laserkommunikation, der optischen Speicherung, dem optischen Kreisel, dem Laserdruck, der Entfernungsmessung und dem Radar eingesetzt.

Die Glasfaserkommunikation ist das wichtigste Anwendungsgebiet von Halbleiterlasern, und das Kommunikationsnetzwerk kann nicht von Halbleiterlasern getrennt werden.

Halbleiterlaseranwendungen mit sichtbarem Licht sind überall zu sehen, z. B. Barcodeleser, Lesen und Schreiben optischer Speicher, Laserdruck, Laserdruck, Bildschirmfarbanzeige, hochauflösendes Farbfernsehen usw.

Halbleiterlaser werden auch häufig in der Laserfernerkundung, der Freiraumkommunikation, atmosphärischen Fenstern, der Atmosphärenüberwachung und der chemischen Spektralanalyse eingesetzt.

Auch der militärische Einsatz von Halbleiterlasern ist sehr wunderbar, wie zum Beispiel Infrarot-Gegenmaßnahmen, Laserzielen, Laserentfernungsmessung, Lidar, Laserführung, Laserzünder und so weiter.

Ⅳ. Chemischer Laser

Chemische Laser nutzen chemische Reaktionen zur Erzeugung von Laserlicht. Wenn beispielsweise Fluor- und Wasserstoffatome chemisch reagieren, können im angeregten Zustand Fluorwasserstoffmoleküle entstehen. Auf diese Weise kann bei der schnellen Vermischung der beiden ionischen Zustände des Gases Laserlicht erzeugt werden, sodass keine weitere Energie erforderlich ist und sehr starke Lichtenergie direkt aus der chemischen Reaktion gewonnen werden kann.

Derzeit sind die wichtigsten zwei Geräte Fluorwasserstoff (HF) und Deuteriumfluorid (DF), wobei die erstere Laserwellenlänge zwischen 2,6 und 3,3 Mikrometern liegt; Letztere liegt zwischen 3,5 und 4,2 Mikrometer. Außerdem Bromwasserstofflaser (HBr), Wellenlänge 4.0 ~ 4,7 Mikrometer; Kohlenmonoxid (CO)-Laser, Wellenlänge 4,9 ~ 5,8 Mikrometer; Sauerstoff-Jod-Laser, 1,3 Mikrometer. Diese rein chemischen Laser können derzeit eine Leistung von mehreren Megawatt erreichen und ihre Laserwellenlängen liegen im nahen bis mittleren Infrarotspektrum, das problemlos in der Atmosphäre oder in optischen Fasern übertragen werden kann.

Da der chemische Laser durch chemische Reaktion erzeugt wird, ist das Volumen dieses Lasertyps relativ klein und eignet sich besser für Feldarbeiten. Insbesondere können Hochleistungslaser hergestellt werden, die sowohl für militärische Zwecke als auch für die Kernfusion eingesetzt werden können.

Die Forschung der Mikrochemie hat die Erforschung chemischer Laser direkt vorangetrieben, und die Entwicklungsrichtung chemischer Laser konzentriert sich hauptsächlich auf: 1) Die Herstellung chemischer Reaktionslaser erfordert den tatsächlichen Betrieb, die Leistung kann gesteuert werden und die intermittierende Zeit kann sein kontrolliert; 2) Die Größe des gesamten Generators muss klein sein; 3) Erfordernis, Superleistungslaser produzieren zu können.

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