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Composición principal y aplicación del láser.

2021-08-04
El láser es un dispositivo que puede emitir láser. Según el medio de trabajo, los láseres se pueden dividir en cuatro categorías: láseres de gas, láseres sólidos, láseres semiconductores y láseres de colorante. Recientemente, se han desarrollado láseres de electrones libres. Los láseres de alta potencia suelen ser pulsados. Producción.

El principio de funcionamiento del láser:
A excepción de los láseres de electrones libres, los principios básicos de funcionamiento de varios láseres son los mismos. Las condiciones indispensables para la generación de láser son la inversión de la población y la ganancia mayor que la pérdida, por lo que los componentes indispensables en el dispositivo son la fuente de excitación (o bombeo) y el medio de trabajo con nivel de energía metaestable. La excitación significa que el medio de trabajo se excita a un estado excitado después de absorber energía externa, creando las condiciones para realizar y mantener la inversión de la población. Los métodos de excitación incluyen excitación óptica, excitación eléctrica, excitación química y excitación de energía nuclear.
El nivel de energía metaestable del medio de trabajo hace que domine la radiación estimulada, logrando así la amplificación óptica. Los componentes comunes en los láseres incluyen la cavidad resonante, pero la cavidad resonante (ver cavidad resonante óptica) no es un componente indispensable. La cavidad resonante puede hacer que los fotones en la cavidad tengan la misma frecuencia, fase y dirección de funcionamiento, de modo que el láser tenga buena direccionalidad y coherencia. Además, puede acortar bien la longitud del material de trabajo y también puede ajustar el modo del láser generado cambiando la longitud de la cavidad resonante (es decir, selección de modo), por lo que generalmente los láseres tienen cavidades resonantes.

El láser generalmente se compone de tres partes:
1. Sustancia de trabajo: En el núcleo del láser, solo la sustancia que puede lograr la transición del nivel de energía se puede utilizar como sustancia de trabajo del láser.
2. Estimular la energía: su función es dar energía a la materia de trabajo y excitar a los átomos desde un nivel de energía baja hasta un nivel de energía alta de energía externa. Por lo general, puede haber energía luminosa, energía térmica, energía eléctrica, energía química, etc.
3. Cavidad de resonancia óptica: La primera función es hacer que la radiación estimulada de la sustancia de trabajo continúe continuamente; el segundo es acelerar continuamente los fotones; el tercero es limitar la dirección de la salida del láser. La cavidad resonante óptica más simple está compuesta por dos espejos paralelos colocados en ambos extremos de un láser de helio-neón. Cuando algunos átomos de neón hacen la transición entre los dos niveles de energía que han logrado la inversión de población e irradian fotones paralelos a la dirección del láser, estos fotones se reflejarán de un lado a otro entre los dos espejos, lo que provocará continuamente una radiación estimulada. La luz láser muy fuerte se produce muy rápidamente.

La calidad de la luz emitida por el láser es pura y el espectro es estable, que se puede utilizar de muchas formas:
Láser de rubí: el láser original era que el rubí se excitaba con una bombilla brillante y el láser producido era un "láser de pulso" en lugar de un rayo continuo y estable. La calidad de la velocidad de la luz producida por este láser es fundamentalmente diferente del láser producido por el diodo láser que estamos usando ahora. Esta intensa emisión de luz que dura solo unos pocos nanosegundos es muy adecuada para capturar objetos que se mueven con facilidad, como retratos holográficos de personas. El primer retrato con láser nació en 1967. Los láseres de rubí requieren rubíes costosos y solo pueden producir pulsos cortos de luz.

Láser He-Ne: En 1960, los científicos Ali Javan, William R. Brennet Jr. y Donald Herriot diseñaron un láser He-Ne. Este es el primer láser de gas. Los fotógrafos holográficos suelen utilizar este tipo de láser. Dos ventajas: 1. Produce una salida láser continua; 2. No necesita una bombilla de flash para la excitación de la luz, pero use gas de excitación eléctrica.

Diodo láser: el diodo láser es uno de los láseres más utilizados. El fenómeno de la recombinación espontánea de electrones y huecos en ambos lados de la unión PN del diodo para emitir luz se llama emisión espontánea. Cuando el fotón generado por la radiación espontánea pasa a través del semiconductor, una vez que pasa cerca del par electrón-agujero emitido, puede excitar a los dos para que se recombinen y produzcan nuevos fotones. Este fotón induce a los portadores excitados a recombinarse y emitir nuevos fotones. El fenómeno se llama emisión estimulada.

Si la corriente inyectada es lo suficientemente grande, se formará la distribución de portadores opuesta al estado de equilibrio térmico, es decir, la inversión de población. Cuando los portadores de la capa activa se encuentran en un gran número de inversiones, una pequeña cantidad de radiación espontánea produce radiación inducida debido a la reflexión recíproca de los dos extremos de la cavidad resonante, lo que da como resultado una retroalimentación positiva resonante selectiva en frecuencia, o ganando una cierta frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida por absorción, se puede emitir una luz coherente con buenas líneas espectrales-luz láser desde la unión PN. La invención del diodo láser permite que las aplicaciones láser se popularicen rápidamente. Constantemente se desarrollan y popularizan varios tipos de escaneo de información, comunicaciones de fibra óptica, rango láser, lidar, discos láser, punteros láser, colecciones de supermercados, etc.