レーザーの原理と仕組みは何ですか?

どうやってレーザー仕事

自由電子レーザーを除いて、すべての種類のレーザーの基本的な動作原理は同じです。 レーザー生成の必須条件は、粒子数の反転と損失よりも大きな利得であるため、デバイスの必須コンポーネントには、励起 (またはポンピング) 源と準安定エネルギー レベルの作動媒体が含まれます。 励起とは、外部エネルギーを吸収した後の作動媒体の励起状態への励起であり、粒子分布の反転の実現と維持のための条件を作り出します。 励起方法には、光励起、電気励起、化学励起、核エネルギー励起が含まれます。

作動媒体の準安定エネルギー準位により誘導放射線が支配的になり、それによって光の増幅が実現される。 レーザーの共通コンポーネントは共振器ですが、共振器 (光共振器を参照) は必須の部品ではありません。 共振器は、キャビティ内の光子の周波数、位相、進行方向を一定にすることができるため、レーザーの指向性とコヒーレンスが良好になります。 さらに、作動物質の長さを非常に短くすることができ、共振空洞の長さを変える（つまりモード選択）ことによって、生成されるレーザー光のモードを調整することもできるため、一般にレーザーは共振空洞を備えています。

レーザーは通常、次の 3 つの部分で構成されます。

1. 作用物質:レーザーの核となる物質だけがレーザーの動作物質として使用できます。

2. エネルギーを奨励する:その機能は、作動物質にエネルギーを与え、外部エネルギーで原子を低エネルギー準位から高エネルギー準位に励起することです。 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考えられます。

3. 光共振空洞:最初の機能は、作動物質の刺激放射を継続させることです。 2 つ目は、光子を継続的に加速することです。 3 つ目は、レーザー出力の方向を制限することです。 最も単純な光共振器は、HeNe レーザーの両端に配置された 2 つの平行ミラーで構成されます。 一部のネオン原子が粒子数の反転を達成した 2 つのエネルギー レベルの間で遷移し、レーザーの方向に平行に光子を放射すると、これらの光子は 2 つのミラー間で反射され、その結果継続的に誘導放射が発生します。かなり強力なレーザーが発生します。

レーザーから発せられる純粋でスペクトル的に安定した光は、さまざまな方法で使用できます。

ルビーレーザー:元のレーザーは、明るく点滅する電球によって励起されるルビーであり、生成されるレーザーは、連続した定常ビームではなく「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速度の質は、今日使用されてい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根本的に異なります。 わずか数ナノ秒しか持続しないこの強力な発光は、人物のホログラフィック ポートレートなど、動きやすい物体の撮影に最適です。 最初のレーザー ポートレートは 1967 年に誕生しました。ルビー レーザーは高価なルビーを必要とし、短い光パルスしか生成しません。

He-Neレーザー:1960 年、科学者のアリ ジャバン、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 He-Ne レーザーを設計しました。 これは、ホログラフィック写真家が一般的に使用する機器の一種である最初のガス レーザーでした。 2 つの利点: 1. 連続的なレーザー出力が生成されます。 2. 光励起にはフラッシュバルブは必要なく、ガスは電気によって励起されます。

レーザーダイオード:レーザーダイオードは、現在最も一般的に使用されているレーザーの 1 つです。 ダイオードのPN接合の両側で電子と正孔が自発的に再結合して発光する現象を自然放出といいます。 自然放出によって生成された光子が半導体を通過するとき、放出された電子正孔対の近くを通過すると、刺激されて再結合して新しい光子が生成され、励起されたキャリアの再結合が誘発されて新しい光子を放出します。この現象は刺激と呼ばれます。放出。

注入電流が十分に大きい場合、熱平衡状態とは逆のキャリア分布が形成され、粒子の分布が逆転します。 活性層内の多数のキャリアが反転すると、自然輻射によって発生した少量の光子が共振器の両端での相互反射により誘導輻射を発生し、周波数選択性共振の正帰還が生じます。特定の周波数のゲイン。 利得が吸収損失よりも大きい場合、良好なスペクトル線を持つコヒーレント光が PN 接合レーザーから放射されます。 レーザーダイオードの発明により、レーザー応用は急速に普及し、情報スキャン、光ファイバー通信、レーザー測距、レーザーレーダー、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の代金回収など、さまざまな応用が絶えず開発され、普及しています。

連絡先：

何かアイデアがございましたら、お気軽にご相談ください。 お客様がどこにいても、また当社の要件が何であっても、当社はお客様に高品質、低価格、最高のサービスを提供するという目標に従います。