Prinsip dan Penerapan Laser
Bagaimana laser bekerja
Laser adalah alat yang memancarkan sinar laser. Menurut media kerja, laser dapat dibagi menjadi empat kategori: laser gas, laser padat, laser semikonduktor dan laser pewarna. Baru-baru ini, laser elektron bebas telah dikembangkan. Laser berdaya tinggi biasanya merupakan output berdenyut.
Kecuali untuk laser elektron bebas, prinsip kerja dasar berbagai laser adalah sama. Kondisi yang sangat diperlukan untuk menghasilkan sinar laser adalah bahwa inversi dan perolehan populasi lebih besar daripada kerugian, sehingga komponen yang sangat diperlukan dari perangkat ini adalah sumber eksitasi (atau pemompaan) dan media kerja dengan tingkat energi metastabil. Eksitasi adalah eksitasi media kerja untuk menggairahkan keadaan tereksitasi, menciptakan kondisi untuk mencapai dan mempertahankan inversi populasi. Metode insentif meliputi eksitasi optik, eksitasi listrik, eksitasi kimiawi, dan eksitasi energi nuklir.
Tingkat energi metastabil dari media kerja sedemikian rupa sehingga radiasi terstimulasi mendominasi, sehingga mencapai amplifikasi optik. Komponen laser yang umum adalah rongga resonan, tetapi rongga resonansi (lihat rongga optik) bukanlah komponen yang tidak dapat dipisahkan. Rongga resonansi memungkinkan foton dalam rongga memiliki frekuensi, fase, dan arah perjalanan yang konsisten, sehingga memungkinkan laser memiliki arah dan koherensi yang baik. Selain itu, dapat mempersingkat panjang bahan yang bekerja dengan baik, dan juga dapat menyesuaikan mode laser yang dihasilkan dengan mengubah panjang rongga (yaitu, pemilihan mode), sehingga laser umumnya memiliki rongga resonan.
Tiga komponen laser
Pertama, substansi kerja
Pada inti laser, hanya zat yang dapat mencapai transisi tingkat energi yang dapat digunakan sebagai zat kerja untuk laser.
Skedua, energi insentif
Perannya adalah memberi energi pada zat yang bekerja, atom tereksitasi dari tingkat energi rendah ke energi eksternal pada tingkat energi tinggi. Biasanya ada energi cahaya, energi panas, energi listrik, energi kimia dan sebagainya.
Ketiga, peran rongga optik:
Pertama, radiasi terstimulasi dari zat kerja terus dilakukan;
Yang kedua adalah terus-menerus mempercepat foton;
Yang ketiga adalah membatasi arah keluaran laser.
Rongga optik paling sederhana terdiri dari dua cermin yang saling paralel ditempatkan di ujung laser HeNe. Ketika beberapa atom deuterium bertransisi antara dua tingkat energi yang mencapai inversi partikel, dan memancarkan foton sejajar dengan arah laser, foton ini akan memantulkan bolak-balik antara dua cermin, sehingga secara konstan menyebabkan radiasi terstimulasi. Laser yang sangat kuat dihasilkan dengan sangat cepat.
Cahaya murni dan spektrum laser yang stabil dapat diterapkan dengan berbagai cara.
Laser Ruby
Laser asli digosok dengan lampu flash yang terang, dan laser yang dihasilkan adalah" laser berdenyut" daripada sinar yang terus menerus stabil. Kualitas cahaya yang dihasilkan oleh laser ini pada dasarnya berbeda dengan laser yang dihasilkan oleh dioda laser yang kita gunakan saat ini. Emisi cahaya yang intens ini, yang berlangsung hanya beberapa nanodetik, ideal untuk menangkap objek yang mudah dipindahkan, seperti potret potret holografik. Potret laser pertama lahir pada tahun 1967. Laser rubi membutuhkan batu rubi yang mahal dan hanya dapat menghasilkan semburan cahaya singkat.
Laser helium
Pada tahun 1960, ilmuwan Ali Javan, William R. Brennet Jr. dan Donald Herriot merancang laser HeNe. Ini adalah laser gas pertama yang biasa digunakan pada fotografer holografik.
Dua keuntungan: 1. Menghasilkan keluaran laser terus menerus; 2. Tidak perlu flash bulb untuk melakukan eksitasi cahaya, tetapi gunakan gas eksitasi listrik.
Dioda laser
Dioda laser adalah salah satu laser yang paling umum digunakan. Fenomena rekombinasi elektron dan lubang spontan di kedua sisi persimpangan PN dari dioda disebut emisi spontan. Ketika foton yang dihasilkan oleh emisi spontan melewati semikonduktor, begitu mereka melewati pasangan lubang elektron yang dipancarkan, mereka dapat bersemangat untuk bergabung kembali untuk menghasilkan foton baru, yang mendorong pembawa yang tereksitasi untuk bergabung kembali dan memancarkan foton baru. Fenomena itu disebut radiasi terstimulasi.
Jika arus injeksi cukup besar, distribusi pembawa yang berlawanan dengan keadaan kesetimbangan termal terbentuk, yaitu jumlah populasi dibalik. Ketika pembawa di lapisan aktif berada dalam sejumlah besar pembalikan, sejumlah kecil foton yang dihasilkan secara spontan menghasilkan radiasi induktif karena refleksi timbal balik di kedua ujung rongga resonansi, menghasilkan umpan balik selektif dari resonansi selektif frekuensi, atau keuntungan untuk frekuensi tertentu. Jika penguatan lebih besar dari kerugian absorpsi, sinar koheren dengan garis spektrum yang baik, laser, dapat dipancarkan dari sambungan PN. Penemuan dioda laser memungkinkan penerapan cepat aplikasi laser, berbagai jenis pemindaian informasi, komunikasi serat optik, jangkauan laser, radar laser, cakram laser, penunjuk laser, koleksi supermarket, dll., Dan berbagai aplikasi terus dikembangkan dan dipopulerkan .