Inhoud
- Wat is een laser?
- Wat is gestimuleerde emissie?
- Wat is een maser?
- Wat is het verschil tussen een laser en een maser?
- Wat is een versterkend medium?
- Hoe werkt een laser?
- Wat zijn de twee werkingsmodi van een laser?
- Wat zijn de toepassingen van een laser?
Wat is een laser?
LASER staat voor "lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling“, Is een instrument waarin licht wordt uitgezonden door het proces van optische versterking door gestimuleerde emissie van elektromagnetische straling. De eerste laser is uitgevonden en ontworpen door Theodore Maiman in het jaar 1960.Het ontwerp van dit instrument werd beïnvloed door de theoretische werken van Charles Hard Townes en Arthur Leonard Schawlow en het licht dat wordt uitgezonden door een laser is coherent van aard, dwz de fase- verschil is ook constant. Dit apparaat wordt gebruikt voor een breed scala aan toepassingen op het gebied van geneeskunde, onderzoek, productie, leger, enz.
Wat is gestimuleerde emissie?
Een aanwezig elektron dat een lagere energietoestand bezet, absorbeert wat externe energie die aanwezig is in de vorm van licht (fotonen) of warmte (fononen) om een hogere energietoestand in te nemen en deze e-overgang van de ene toestand naar de andere is alleen mogelijk wanneer de energieën van het foton of fonon is gelijk aan het energieverschil tussen deze 2 toestanden. Daarom zijn deze elektronen of atomen in staat om slechts een specifieke frequentie van licht te absorberen voor overgang.
De elektronen kunnen niet voor altijd in de hogere aangeslagen toestand blijven. Ze hebben de neiging terug te keren naar hun grondtoestand. Deze elektronen worden soms van buitenaf beïnvloed om van een hogere aangeslagen toestand naar een lagere aangeslagen toestand of grondtoestand te vallen. Het foton dat wordt uitgezonden na de hoog-laag overgang komt qua richting, fase en golflengte overeen met het extern aangevoerde foton. Dit proces van het vrijgeven van fotonen wordt gestimuleerde emissie genoemd en dit vormt de basis van laserwerking.
Voor gestimuleerde emissie is de eerste vereiste om de elektronen of de atomen te exciteren met behulp van een versterkingsmedium, omdat in een normaal medium het aantal atomen in de lagere energietoestand groter is dan in de hogere energietoestanden aan de thermisch evenwicht toestand daarom overschrijdt de absorptiesnelheid de snelheid van gestimuleerde emissie in normale media.
Wat is een Maser?
MASER of "Microgolfversterking door gestimuleerde emissie van straling“, is een apparaat waarin coherente elektromagnetische microgolfstraling wordt gegenereerd door versterking via de gestimuleerde emissiemodus. Maser is in 1953 aan de Columbia University uitgevonden door de wetenschappers James P. Gordon, Charles H. Townes en Herbert J. Zeiger. Masers vinden hun toepassingen in apparaten zoals atoomklokken en radiotelescopen. Masers kunnen ook elektromagnetische straling produceren die binnen het bereik van radio en infrarood valt.
Waterstof maser
Wat is het verschil tussen een laser en een maser?
Laser versus Maser
| LASER | MASER |
| Dit instrument produceert een coherente elektromagnetische emissie over een breed frequentiebereik (voornamelijk de zichtbare, UV- en IR-frequentie). | Maser produceert een coherente elektromagnetische emissie met een frequentie in het microgolf- en radiofrequentiebereik. |
| Dit instrument wordt gebruikt voor een breed scala aan toepassingen op het gebied van geneeskunde, onderzoek, productie, leger, enz. | Dit instrument wordt voornamelijk gebruikt voor microgolfcommunicatie en in verschillende astronomische instrumenten. |
| Dit instrument werkt gewoonlijk door opwindende atomen van helium, neon, kooldioxide, enz. | Dit instrument werkt gewoonlijk door opwindende atomen van ammoniak, waterstof, enz. |
Wat is een versterkend medium?
In lasers is versterkingsmedium of optisch versterkingsmedium een materiaal dat het vermogen van de gegenereerde lichtstraal versterkt. Het versterkingsmedium compenseert het vermogensverlies door de resonator. Het versterkingsmedium versterkt het licht door energie op te nemen door het proces van elektrisch pompen (of soms optisch pompen). Het versterkingsmedium kan van verschillende typen zijn, zoals Nd: YAG (neodymium-gedoteerd yttrium aluminium granaat YAG-lasers) medium, Yb: YAG (ytterbium-gedoteerd YAG) medium, galliumarsenide, galliumnitride of indium galliumarsenide halfgeleidermedium, keramisch versterkingsmedium, glasvezelmedium, enz.
Hoe werkt een laser?
Over het algemeen bevatten deze instrumenten een versterkings- of versterkingsmedium, een pompmechanisme en een systeem voor het leveren van optische feedback. Lasers werken volgens het principe van foto-elektrische absorptie en gestimuleerde emissie. Deze instrumenten hebben een versterkingsmedium dat een vast, vloeibaar of gasvormig materiaal kan zijn. Dit medium ontvangt de externe energie en stuurt deze naar de atomen of elektronen om ze te exciteren naar hun hogere energietoestanden en dit materiaal kan worden aangepast in termen van vorm en grootte, concentratie en zuiverheid.
Populatie-inversie verwijst naar de toestand waarin het aantal deeltjes dat aanwezig is in een hogere aangeslagen toestand groter is dan het aantal deeltjes dat aanwezig is in de lager aangeslagen toestand. In deze toestand zullen de gestimuleerde fotonemissiesnelheden de door het elektron geabsorbeerde energie overschrijden. Daarom wordt de lichtbundel die wordt uitgezonden in de vorm van fotonen versterkt.
In het apparaat is een optische holte aanwezig. Het is in de eerste plaats een paar spiegels (ook wel uitgangskoppelingen genoemd) die aan elke kant van het versterkingsmedium aanwezig zijn om de lichtstraal heen en weer te laten kaatsen door het medium dat wordt versterkt telkens wanneer het de spiegel raakt, en een van de twee spiegels is gedeeltelijk transparant waardoor er wat licht doorheen kan ontsnappen en als de aanwezige spiegels gebogen zijn dan komt het licht naar buiten in de vorm van een smalle bundel en als de spiegels vlak zijn dan wordt de lichtbundel uitgespreid.
Afbeeldingsbron. Gebruiker: Tatoute, Laser, CC BY-SA 3.0
Wat zijn de twee werkingsmodi van een laser?
Een coherente lichtbundel kan worden gegenereerd in gepulste modus of in continue modus.
Gepulseerde werking van een laser:
In de gepulseerde modus volgt het optische vermogen het patroon van een puls en heeft het een herhalingssnelheid op basis van een bepaalde tijdsduur. De gepulseerde modus wordt gebruikt voor het genereren van krachtige pulsen door de snelheid van pulsen te verlagen. Het proces van ablatie en boren waarvoor een hoog vermogen nodig was, gebruikte vaak de pulserende modus bij piekpulsvermogen. Processen die de toepassing van niet-lineaire optische effecten vereisen, gebruiken de gepulseerde modus en vertrouwen op het maximale pulsvermogen of -energie. Soms kan versterking in continue modus niet worden bereikt, dus wordt de pulserende modus gebruikt.
Continue werking van een laser:
In continue modus blijft het uitgangsvermogen constant in de tijd. In deze modus is de frequentievariatie verwaarloosbaar en heeft deze geen invloed op de lasertoepassing. Deze modus vereist een stabiele pompbron zodat de populatie-inversie van het versterkende medium kan worden bereikt. Het continu pompen van de lasers op hoge vermogens kan leiden tot beschadiging van de laser als gevolg van overmatige verhitting. Om deze reden heeft de continue modus een beperkt uitgangsvermogen. Deze modus wordt voornamelijk gebruikt voor experimentele en medische doeleinden.
Wat zijn de toepassingen van lasers?
Toepassingen van lasers
Militaire toepassingen van laser
Verschillende soorten lasers, zoals kooldioxidelasers die werken en infrarood licht uitstralen, worden gebruikt voor verschillende militaire toepassingen. De atmosfeer van de aarde is relatief transparanter voor infraroodlichtstralen. Om deze reden blijken dergelijke lasers efficiënt te zijn voor militaire afstandsbepaling met behulp van methoden zoals LIDAR (lichtdetectie en -bereik). De laserstraal geeft informatie over de afstanden van de waarnemer en de doelpositie.
Medische toepassingen van laser
IR-lasers, Excimer-lasers die worden gebruikt in de medische sector.
Industriële toepassingen (snijden en lassen) van laser
Lasers leveren krachtige stralen die effectief kunnen zijn voor verschillende industriële toepassingen, zoals lasprocessen, etsprocessen, peen- en boorprocessen, cladvoorbereiding en lasergestuurd snijden voor hardmetaal of glassnijprocessen enz. Tegenwoordig worden deze instrumenten ook gebruikt voor oppervlaktereiniging waarbij de onzuiverheden en verontreinigingen van het oppervlak van een materiaal worden verwijderd. De CO2 gebruikt voor het graveren op materialen en deze apparaten worden ook gebruikt in de selectieve fabricageprocessen van SLS of selectief lasersinteren.
Onderzoekstoepassingen van laser
De SILEX-procedure (scheiding van isotopen door laserexcitatie) die wordt gebruikt om uranium te verrijken, omvat ook IR-laser, verschillende andere belangrijke toepassingen, zoals de fabricage van microfluïdische apparaten, omvat ook het gebruik van deze instrumenten, aangezien het gebruikelijke plastic poly (methylmethacrylaat) een goed absorberend middel is. van IR-golven.
Om meer te weten over laser bezoek hier
Lees ook:
- Laserstraal lassen
- Excimer-laser
- Fiberlasers
- Laserreiniging
- Laserfysica
- Laser etsen
- Lasermicrofoon
- Lasermetaalafzetting
- Laser boren
- Laserkoeling
Hallo, ik ben Sanchari Chakraborty. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik vind het altijd leuk om nieuwe uitvindingen op het gebied van elektronica te ontdekken.
Ik ben een leergierige leerling en investeer momenteel in het vakgebied Toegepaste Optica en Fotonica. Ik ben ook een actief lid van SPIE (International society for optics and photonics) en OSI (Optical Society of India). Mijn artikelen zijn bedoeld om kwalitatief hoogstaand wetenschappelijk onderzoek op een eenvoudige maar informatieve manier aan het licht te brengen. Wetenschap evolueert sinds mensenheugenis. Dus ik probeer mijn steentje bij te dragen aan de evolutie en deze aan de lezers te presenteren.
Laten we doorverbinden