Comment fonctionne le laser
À l'exception des lasers à électrons libres, les principes de fonctionnement de base de divers lasers sont les mêmes. La condition indispensable à la génération de lumière laser est que l'inversion et le gain de population soient supérieurs à la perte. Les composants indispensables de l'appareil sont donc la source d'excitation (ou de pompage) et le milieu de travail avec le niveau d'énergie métastable. L'excitation est l'excitation du milieu de travail pour exciter l'état excité, créant des conditions permettant d'atteindre et de maintenir l'inversion de population. Les méthodes d'incitation comprennent l'excitation optique, l'excitation électrique, l'excitation chimique et l'excitation de l'énergie nucléaire.
Le niveau d'énergie métastable du milieu de travail est tel que le rayonnement stimulé domine, permettant ainsi une amplification optique. Un composant commun d'un laser est une cavité résonante, mais la cavité résonante (voir cavité optique) n'est pas un composant indispensable. La cavité résonante permet aux photons dans la cavité d'avoir une fréquence, une phase et une direction de déplacement cohérentes, permettant ainsi au laser d'avoir une bonne direction et une bonne cohérence. De plus, il peut bien raccourcir la longueur de la substance de travail et peut également ajuster le mode du laser généré en modifiant la longueur de la cavité (c.-à-d. La sélection du mode), de sorte que le laser comporte généralement une cavité résonante.
Le laser est généralement composé de trois parties
1. Substance active: le cœur du laser, seul le matériau capable de réaliser la transition de niveau d'énergie peut être utilisé comme substance active du laser.
2, énergie d’incitation: son rôle est de donner de l’énergie à la substance active, l’atome est excité du niveau d’énergie faible au niveau d’énergie élevé de l’énergie extérieure. Il y a généralement de l'énergie lumineuse, de l'énergie thermique, de l'énergie électrique, de l'énergie chimique, etc.
3. Cavité résonante optique: la première action consiste à rendre le rayonnement stimulé de la substance active continuellement; la seconde est d'accélérer continuellement le photon; la troisième est de limiter la direction de la sortie du laser. La cavité optique la plus simple est constituée de deux miroirs parallèles placés aux extrémités du laser HeNe. Lorsque certains atomes de deutérium font la transition entre deux niveaux d’énergie qui permettent l’inversion des particules et émettent des photons parallèlement à la direction du laser, ces photons se réfléchissent entre les deux miroirs, provoquant ainsi en permanence le rayonnement stimulé. Un laser très puissant est produit très rapidement.
La lumière pure et le spectre stable du laser peuvent être appliqués à bien des égards.
Ruby Laser: Le laser d'origine était un rubis excité par une ampoule à éclair brillant. Le laser produit était un «laser pulsé» plutôt qu'un faisceau continuellement stable. La qualité de la lumière produite par ce laser est essentiellement différente de celle produite par la diode laser que nous utilisons aujourd'hui. Cette émission de lumière intense, qui ne dure que quelques nanosecondes, est idéale pour capturer des objets faciles à déplacer, tels que des portraits de portraits holographiques. Le premier portrait au laser est né en 1967. Les lasers Ruby nécessitent des rubis coûteux et ne peuvent produire que de brefs éclats de lumière.
Laser à l'hélium: En 1960, les scientifiques Ali Javan, William R. Brennet Jr. et Donald Herriot ont conçu le laser HeNe. Il s'agit du premier laser à gaz couramment utilisé par les photographes holographiques. Deux avantages: 1. Produire une sortie laser continue; 2. Pas besoin d'ampoule flash pour effectuer une excitation lumineuse, mais utilisez un gaz d'excitation électrique.
Diodes laser: Les diodes laser sont l’un des lasers les plus utilisés. Le phénomène de recombinaison spontanée d'électrons et de trous des deux côtés de la jonction PN d'une diode est appelé émission spontanée. Lorsque les photons générés par émission spontanée traversent le semi-conducteur, ils peuvent être excités pour se recombiner afin de produire de nouveaux photons, ce qui incite les porteurs excités à se recombiner et à émettre de nouveaux photons. Le phénomène s'appelle le rayonnement stimulé.
Si le courant d'injection est suffisamment important, une distribution de porteurs opposée à l'état d'équilibre thermique est formée, c'est-à-dire que le nombre d'habitants est inversé. Lorsque les porteurs de la couche active se trouvent dans un grand nombre de retournements, une petite quantité de photons générés spontanément génère un rayonnement inductif en raison de la réflexion réciproque aux deux extrémités de la cavité résonante, ce qui entraîne un retour sélectif de la résonance sélective en fréquence, ou un gain de gain. une certaine fréquence. Lorsque le gain est supérieur à la perte d'absorption, une lumière cohérente avec une bonne raie spectrale, le laser, peut être émise par la jonction PN. L’invention des diodes laser permet l’application rapide d’applications laser, de divers types de numérisation d’informations, de communication par fibres optiques, de télémétrie laser, de radars laser, de disques laser, de pointeurs laser, de collections de supermarchés, etc., et de diverses applications constamment développées et popularisées. .
