¿Cuántos generadores láser hay? (Parte 1)

Según el análisis del principio degeneración láser, se sabe que el láser está bajo la acción de la "fuente de excitación", el número de electrones de alto nivel del átomo aumenta y la transición al nivel bajo después de permanecer por un tiempo muy corto, y se emite el láser. al mismo tiempo. No es difícil saber que debe haber muchísimos átomos de materia que puedan emitir luz láser bajo la acción de la "fuente de excitación".

A grandes rasgos, para crear un generador láser se necesitan cuatro elementos:

① Seleccione el medio de trabajo para generar el láser. Puede ser un gas, líquido, sólido o semiconductor, siempre que se pueda lograr la inversión de la población de partículas en el medio, se puede obtener el láser.

② Es importante elegir el "motivador". La "fuente de excitación" hace que los electrones de bajo nivel del medio pasen efectivamente al nivel alto, logrando la llamada inversión del número de electrones. El método de descarga de gas se puede utilizar para utilizar electrones con energía cinética para excitar átomos dieléctricos, lo que se denomina excitación eléctrica; También se puede utilizar una fuente de luz pulsada para irradiar el medio de trabajo, lo que se denomina excitación de luz; Hay incentivos térmicos, incentivos químicos, etc. Varios modos de excitación se visualizan como bombeo o bombeo. El propósito del "bombeo" es hacer que el número de partículas en el nivel de energía alto sea mayor que en el nivel de energía bajo.

③ También es importante construir un resonador. Debido a que la intensidad del láser generada por la "bomba" es muy débil y no se puede aplicar en la práctica, es necesario que el láser débil resuene con el láser, de modo que el láser de salida se mejore para lograr el grado de aplicación práctica.

④ Los láseres de alta energía requieren sistemas de refrigeración. Debido a la fuerte luz dentro del resonador, es necesario enfriarlo.

Según el medio de trabajo del láser, existen láseres sólidos, láseres de gas, láseres semiconductores, láseres químicos y ahora existe el "láser cerámico transparente".

Según el modo de salida del láser, existen láser continuo y láser de pulso.

Los indicadores de rendimiento del láser se concentran principalmente en los siguientes aspectos: Primero, el rango de frecuencia del rayo láser, debido a que el láser puede ser una "fuente de excitación", pero también puede hacer un análisis de espectro de la fuente de luz, por lo que es necesario conocer la espectro del láser; El segundo es la potencia del rayo láser, especialmente la potencia máxima porque el tamaño de la potencia delimita el rango de aplicación del láser; El tercero es el área de irradiación de la concentración de energía del rayo láser, porque el área de irradiación es diferente en diferentes aplicaciones.

Ⅰ. Láseres de estado sólido

Los láseres pueden fabricarse a partir de muchos materiales sólidos. En particular, con métodos sintéticos, en el proceso de fabricación de cerámica, se pueden crear cristales que contienen diferentes componentes, llamados "medio láser cerámico transparente". Ahora, el láser hecho con cristales artificiales es muy conveniente y práctico. Aquí hay tres láseres de estado sólido comunes.

1. Láser de rubí

El primer láser fue el láser de rubí. En julio de 1960, Maiman fabricó con éxito el primer láser de rubí del mundo. Apuntó la luz de un destello al cristal de rubí, creando un rayo láser de pulso coherente, que conmocionó al mundo y desencadenó un auge en el desarrollo de los láseres.

El análisis muestra que el rubí es un cristal y su matriz es Al2O3 (óxido de aluminio), que contiene 0.03-0.4 por ciento (relación en peso) de Cr2O3 (trióxido de cromo), por lo que puede presionar estos materiales se forman en polvo, sinterización al vacío, se puede producir cristal de rubí artificial, con un rendimiento del láser de producción de varilla de rubí artificial superior, ampliamente utilizado. Este tipo de medio láser también se ha estudiado en profundidad; En particular, la "fuente de bomba" adopta una lámpara de xenón de potentes impulsos; El resonador sigue siendo el antiguo, en ambos extremos del láser, uno frente al otro con dos espejos de alta reflectividad, uno reflejará casi por completo el láser hacia el medio de trabajo para participar en la resonancia, el otro reflejará la mayor parte de la luz hacia atrás. a la resonancia, y deja que se emita una pequeña cantidad de láser a través del espejo, lo que se emite es un láser potente, que se utiliza para láser práctico.

Ahora, la energía de salida del láser de rubí puede tener diferentes niveles, hasta miles de julios.

2. Láser de cristal granate de itrio y aluminio dopado con neodimio

El cristal de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio está compuesto de itrio (Y2O3) y aluminio (Al2O3) según una proporción de incorporación de 3:5 (Nd2O3), moldeado por presión, sinterización de cristales al vacío a 1700 grados, a menudo utilizado en infrarrojo cercano y lejano. Láseres de estado sólido, rendimiento superior. Se utiliza una lámpara de criptón continua o una lámpara de yoduro de tungsteno como fuente de luz de la bomba, que simplemente coincide con la banda de absorción del ion Nd 3-valente. Los láseres de granate de itrio y aluminio dopados con neodimio pueden tener entre decenas y cientos de vatios y también pueden generar alta potencia.

3. Láser de vidrio Nd

El neodimio se incorpora al vidrio de silicato de alta pureza como sustrato, y este vidrio de neodimio se usa para fabricar láseres. El fosfato también se usa como sustrato para incorporar neodimio.

Los láseres de vidrio de neodimio funcionan de manera similar a los láseres de cristal anteriores.

Los láseres de vidrio de neodimio de baja potencia se utilizan eficazmente para la comunicación por fibra óptica, y las dos tecnologías más críticas para el desarrollo de la comunicación por fibra óptica son la modulación de señales ópticas con láseres semiconductores y el uso de láseres de vidrio de neodimio como repetidores (ver ciencia popular serie de artículos, núm. 61). Los repetidores amplifican la luz de señal y las señales ópticas pueden transmitirse a largas distancias.

Los láseres de vidrio de neodimio de alta potencia también son fáciles de fabricar. Debido a que la uniformidad óptica del vidrio de neodimio es buena, es fácil de preparar en un material de gran volumen, que es más fácil de procesar que los cristales, y el costo de producción del vidrio de neodimio es muy bajo. Cuanto mayor sea el volumen de la varilla de vidrio de neodimio, mayor será la energía láser de salida; Por lo tanto, los láseres de vidrio de neodimio son los láseres de estado sólido preferidos en la práctica, que pueden ser de baja o alta potencia.

En experimentos de fusión nuclear se han utilizado láseres de vidrio de neodimio de alta potencia. En 1974, el Instituto de Maquinaria Óptica de Shanghai desarrolló con éxito seis sistemas láser de vidrio de neodimio de alta potencia en el nivel de nanosegundos de 100,000 megavatios, que implementaron con éxito el uso de un láser para generar plasma de alta temperatura y alta densidad. haciendo una gran contribución al dispositivo de "ignición" de fusión nuclear.

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