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Cómo funciona el láser

Jul 10, 2018

Como funciona el laser

A excepción de los láseres de electrones libres, los principios básicos de funcionamiento de varios láseres son los mismos. La condición indispensable para generar luz láser es que la inversión y la ganancia de la población son mayores que la pérdida, por lo que los componentes indispensables del dispositivo son la fuente de excitación (o bombeo) y el medio de trabajo con el nivel de energía metaestable. La excitación es la excitación del medio de trabajo para excitar el estado excitado, creando condiciones para lograr y mantener la inversión de la población. Los métodos de incentivo incluyen excitación óptica, excitación eléctrica, excitación química y excitación de energía nuclear.

El nivel de energía metaestable del medio de trabajo es tal que la radiación estimulada domina, logrando así la amplificación óptica. Un componente común de un láser es una cavidad resonante, pero la cavidad resonante (ver cavidad óptica) no es un componente indispensable. La cavidad resonante permite que los fotones en la cavidad tengan una frecuencia, fase y dirección de viaje constantes, lo que permite que el láser tenga una buena direccionalidad y coherencia. Además, puede acortar bien la longitud de la sustancia de trabajo, y también puede ajustar el modo del láser generado cambiando la longitud de la cavidad (es decir, la selección del modo), por lo que el láser generalmente tiene una cavidad resonante.

El láser generalmente consta de tres partes.

1. Sustancia de trabajo: el núcleo del láser, solo el material que puede lograr la transición del nivel de energía puede utilizarse como la sustancia de trabajo del láser.

2, energía de incentivo: su función es dar energía a la sustancia de trabajo, el átomo se excita desde el nivel de energía bajo hasta el nivel de energía alta de la energía externa. Por lo general, hay energía de luz, energía térmica, energía eléctrica, energía química, etc.

3. Cavidad óptica resonante: la primera acción es hacer que la radiación estimulada de la sustancia de trabajo sea continua; el segundo es acelerar continuamente el fotón; el tercero es limitar la dirección de la salida del láser. La cavidad óptica más simple consiste en dos espejos mutuamente paralelos colocados en los extremos del láser HeNe. Cuando algunos átomos de deuterio hacen la transición entre dos niveles de energía que logran la inversión de partículas, y emiten fotones paralelos a la dirección del láser, estos fotones se reflejarán de un lado a otro entre los dos espejos, lo que provocará constantemente la radiación estimulada. Un láser muy fuerte se produce muy rápidamente.

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La luz pura y el espectro estable del láser pueden aplicarse en muchos aspectos.

Láser de rubí: el láser original era un rubí que estaba excitado por una bombilla de destello brillante. El láser producido fue un "láser pulsado" en lugar de un rayo continuamente estable. La calidad de la luz producida por este láser es esencialmente diferente del láser producido por el diodo láser que utilizamos hoy en día. Esta emisión de luz intensa, que dura solo unos pocos nanosegundos, es ideal para capturar objetos que son fáciles de mover, como retratos de retratos holográficos. El primer retrato con láser nació en 1967. Los láseres de rubí requieren rubíes costosos y solo pueden producir pequeñas ráfagas de luz.

Láser de helio: en 1960, los científicos Ali Javan, William R. Brennet Jr. y Donald Herriot diseñaron el láser HeNe. Este es el primer láser de gas que se usa comúnmente en los fotógrafos holográficos. Dos ventajas: 1. Producir salida láser continua; 2. No necesita bombilla de flash para realizar la excitación de la luz, pero use gas de excitación eléctrica.

Diodos láser: los diodos láser son uno de los láseres más utilizados. El fenómeno de la recombinación espontánea de electrones y agujeros en ambos lados de la unión PN de un diodo se denomina emisión espontánea. Cuando los fotones generados por la emisión espontánea pasan a través del semiconductor, una vez que pasan a través de los pares de electrones emitidos, pueden excitarse para que se recombinen y produzcan nuevos fotones, lo que induce a los portadores excitados a recombinarse y emitir nuevos fotones. El fenómeno se llama radiación estimulada.

Si la corriente de inyección es lo suficientemente grande, se forma una distribución de portadora opuesta al estado de equilibrio térmico, es decir, se invierte el número de población. Cuando los portadores en la capa activa están en un gran número de inversiones, una pequeña cantidad de fotones generados espontáneamente generan radiación inductiva debido a la reflexión recíproca en ambos extremos de la cavidad resonante, lo que resulta en retroalimentación selectiva de la resonancia selectiva de frecuencia, o ganancia para Una cierta frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida de absorción, se puede emitir una luz coherente con una buena línea espectral, el láser, desde la unión PN. La invención de los diodos láser permite la aplicación rápida de aplicaciones láser, diversos tipos de escaneo de información, comunicación por fibra óptica, rango láser, radar láser, discos láser, punteros láser, colecciones de supermercados, etc., y diversas aplicaciones se están desarrollando y popularizando continuamente. .