itciskra.ru
Принцип действия диодного лазера основан на явлении индуцированного испускания, которое происходит при наложении оптической истощающей нагрузки на активную среду в полупроводниковом кристалле. Вакуумно-индуцированное излучение, возбуждаемое населенным уровнем атомов, вызывает радиационную индуцированную эмиссию, генерируя лазерное излучение. Для достижения постоянного света, проходя через резонатор, образуется световая волна с определенной поляризацией и частотой.
Диодные лазеры нашли широкое применение благодаря своим компактным размерам, эффективности и надежности. Они используются во множестве областей, включая медицину, науку, промышленность и коммуникации. В медицине и косметологии диодные лазеры применяются для лечения различных кожных заболеваний, удаления растительных бородавок и удаления татуировок. В научных исследованиях и промышленности диодные лазеры используются для создания точных разрезов и сварки материалов, а также для измерений и маркировки. В области коммуникаций диодные лазеры применяются в оптических волокнах для передачи информации на большие расстояния.
Принципы работы диодного лазера
Основной элемент диодного лазера — это полупроводниковый материал, в котором создается p-n-переход. При подаче электрического тока на этот переход происходит рекомбинация электронов и дырок, что приводит к излучению фотонов света.
Для достижения лазерной генерации в диодном лазере требуется создание условий, при которых эмиссия фотонов становится стимулированной. Для этого применяется явление электровозбуждения, при котором поглощение фотонов вызывает переход электрона на более высокий энергетический уровень.
Для обеспечения электровозбуждения внутри полупроводникового материала диодного лазера используется прямое смещение p-n-перехода. При таком смещении энергия электронов в п-области становится выше, чем в н-области, что позволяет электронам преодолеть энергетический барьер и переходить в н-область.
В периоде времени между переходом электрона в н-область и его возвращением обратно в п-область происходит вынужденное излучение фотонов. Эти фотоны затем вызывают стимулированное излучение других фотонов, что приводит к усилению их числа.
Для усиления и генерации лазерного излучения в диодном лазере применяется эффект оптической обратной связи. Он достигается за счет зеркального отражения света от одной из граней полупроводникового материала или за счет использования специально созданной структуры резонатора.
Применение диодных лазеров в настоящее время очень разнообразно. Они используются в медицине, научных исследованиях, коммуникационных системах, промышленности и других сферах деятельности. Благодаря своим компактным размерам и низкому энергопотреблению диодные лазеры нашли широкое применение в различных устройствах и системах.
Как диодный лазер генерирует световую энергию
Основными элементами диодного лазера являются полупроводниковые диоды. Диоды – это электронные компоненты, которые пропускают электрический ток только в одном направлении. В диодном лазере диоды с единственным слоем придает направление электронам, чтобы они двигались через активную среду – полупроводниковый кристалл.
Когда электрический ток протекает через активный слой диода, уровень энергии электронов в активном слое повышается. Электроны движутся по вертикальному пути, сея идеальное волокно – отражающих хорошей стабильностью чистый свет. Определенный пример лазерного излучения, волновой длины, зависит от химического состава и размеров диода.
Световая энергия генерируется при взаимодействии электронов в активном слое диода. Когда электроны переходят с более высоких уровней энергии на более низкие, они испускают световые кванты – фотоны. Затем фотоны, проходя через отражательные зеркала на концах лазера, усиливаются, отражаясь между зеркалами и проходя через активный слой диода. В итоге формируется узкий и усиленный световой пучок – лазерный луч.
Виды диодных лазеров и их особенности
Существует несколько основных видов диодных лазеров:
1. Гомодинные лазеры — это лазеры с монохроматическим излучением, в которых все атомы излучают свет с одной и той же частотой. Они обладают высокой когерентностью, что позволяет использовать их в научных исследованиях, оптической коммуникации и лазерной маркировке.
2. Неограниченные лазеры — это лазеры, в которых частота излучения может быть настроена или изменена. Они обнаружили широкое применение в таких отраслях, как медицина, научные исследования и производство.
3. Поверхностные лазеры — это лазеры, образующие излучение на поверхности полупроводникового материала. Они характеризуются высокой энергией излучения и высокой степенью фокусировки, что делает их применимыми в системах точечного исцеления и лазерной хирургии.
4. Волоконные лазеры — это лазеры, использующие волоконно-оптические кабели для передачи света. Они обладают высокой мощностью и хорошей направленностью излучения, что позволяет использовать их в лазерной резке и сварке металла.
Каждый вид диодного лазера имеет свои особенности и преимущества, что позволяет выбрать наиболее подходящий тип для конкретного применения.
Применение диодных лазеров
Диодные лазеры имеют широкий спектр применения благодаря своим уникальным свойствам. Эти лазеры используются в различных областях науки, медицины и техники.
- Медицина: диодные лазеры активно применяются в медицинской практике для лечения различных заболеваний и проведения хирургических операций. Например, они используются в косметологии для удаления рубцов, пигментных пятен и татуировок, а также для лазерной эпиляции. В офтальмологии диодные лазеры применяются для лечения глаукомы и коррекции зрения.
- Наука: диодные лазеры широко используются в научных исследованиях и лабораторных работах. Они часто применяются в спектроскопии, флуоресцентной микроскопии, а также для обнаружения и анализа различных веществ.
- Коммуникации: диодные лазеры используются в оптических волоконных системах связи для передачи данных на большие расстояния. Они обеспечивают высокую скорость передачи и большую пропускную способность.
- Промышленность: диодные лазеры нашли свое применение в промышленности. Они используются для различных процессов обработки материалов, таких как резка, сварка, маркировка и гравировка. Благодаря своей компактности и низкой стоимости, диодные лазеры предпочтительны в сравнении с другими типами лазеров.
Это лишь некоторые примеры применения диодных лазеров. Благодаря своим преимуществам, эти лазеры все больше находят свое место в различных отраслях и продолжают развиваться, обеспечивая новые возможности и решения задач.