レーザーの原理と応用
レーザーの仕組み
レーザーはレーザー光を発する装置です。作業媒体によれば、レーザーはガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザーおよび染料レーザーの4つのカテゴリーに分けることができる。近年、自由電子レーザーが開発されている。高出力レーザーは通常パルス出力です。
自由電子レーザーを除いて、様々なレーザーの基本的な働き原理は同じです。レーザー光を発生させる上で欠かせない条件は、人口の反転とゲインが損失より大きいので、デバイスの必要不可欠なコンポーネントは、励起(またはポンピング)源と、準不安定なエネルギーレベルを有する作動媒体です。励起は、励起状態を励起する作動媒体の励起であり、人口反転を達成し維持するための条件を作り出す。インセンティブ方法には、光励起、電気励起、化学励起および核エネルギー励起が含まれる。
作動媒体の準安定エネルギーレベルは、刺激された放射線が支配し、それによって光学増幅を達成する。レーザーの共通コンポーネントは共振空洞ですが、共振空洞(光学キャビティを参照)は不可欠なコンポーネントではありません。共振空洞は、空洞内の光子が一貫した周波数、位相、および進行方向を有することを可能にし、それによってレーザーは良好な方向性および一貫性を有することを可能にする。また、作業物質の長さをうまく短くすることができ、また、キャビティの長さを変更することによって生成されたレーザーのモードを調整することができます(すなわち、モード選択)、レーザーは一般的に共振空洞を有する。
レーザーの3つの成分
まず、作業物質
レーザーの核となるのは、エネルギーレベルの遷移を達成できる物質のみレーザーの働き物質として使用できる。
Sエコド, インセンティブエネルギー
その役割は、作業物質を通電させることであり、原子は高エネルギーレベルの外部エネルギーに低エネルギーレベルから励起される。通常、光エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、化学エネルギーなどがあります。
第三に、光腔の役割:
まず、働く物質の刺激放射線が連続的に行われる。
2つ目は、常にフォトンを加速することです。
3つ目は、レーザー出力の方向を制限することです。
最も単純な光学キャビティはHeNeレーザーの端に置かれる2つの相互平行なミラーから成っている。重水素原子が粒子反転を達成する2つのエネルギーレベル間で遷移し、レーザーの方向に平行に光子を放出すると、これらの光子は2つのミラーの間を行ったり来たりして、常に刺激された放射線を引き起こします。非常に強いレーザーは非常に迅速に生成されます。
レーザーの純粋な光および安定したスペクトルは多くの方法で適用することができる。
ルビーレーザー
元のレーザーは明るいフラッシュ電球でこすられ、生成されたレーザーは連続的に安定したビームではなく「パルスレーザー」でした。このレーザーによって生成される光の品質は、我々は今日使用するレーザーダイオードによって生成されるレーザーとは本質的に異なる。わずか数秒で持続するこの強烈な発光は、ホログラフィックの肖像画の肖像画など、移動しやすいオブジェクトをキャプチャするのに理想的です。最初のレーザー肖像画は1967年に生まれました。ルビーレーザーは高価なルビーを必要とし、光の短いバーストを生成することができます。
ヘリウムレーザー
1960年に科学者アリ・ジャヴァン、ウィリアム・R・ブレネット・ジュニア、ドナルド・ヘリオットがHeNeレーザーを設計しました。ホログラフィックフォトグラファーに一般的に使用される最初のガスレーザーです。
2つの利点:1.連続的なレーザー出力を生成します。2.光の励起を行うためにフラッシュバルブの必要はありませんが、電気励起ガスを使用しています。
レーザーダイオード
レーザーダイオードは、最も一般的に使用されるレーザーの1つです。ダイオードのPN接合の両側に電子と正孔を自然に組み換える現象を、自然放出と呼んでいます。自発的な放出によって生成された光子が半導体を通過すると、放出された電子正孔対を通過すると、再結合して新しい光子を生成し、励起キャリアが再結合して新しい光子を放出するようにします。この現象は刺激放射線と呼ばれています。
注入電流が十分に大きい場合、熱平衡状態と反対のキャリア分布が形成され、すなわち、母集団数が逆となる。活性層のキャリアが多数の反転に入ると、自発的に生成された光子の少量は共振空洞の両端で相互反射による誘導性放射線を生成し、周波数選択的共振の選択的フィードバックを生じ、または一定の周波数に対して得る。ゲインが吸収損失より大きいと、良好なスペクトル線を有するコヒーレント光、レーザー、PN接合部から放出することができる。レーザーダイオードの発明は、レーザー用途の迅速な応用を可能にし、各種情報スキャン、光ファイバー通信、レーザー測距、レーザーレーダ、レーザーディスク、レーザーポインター、スーパーマーケットコレクションなど、様々な用途が継続的に開発され、普及しています。