天博体育中国官方网站 是IST EIN激光？
das磨牙'laser'iSt ein akrononyfür“通过刺激的辐射发射来放大光”。 天博体育中国官方网站le Laser Wandeln DieZugeführteDurch Durch den prozess der der Intimulierten在Licht um中发射。
Diegrößederder Laser Reicht von kleinen h天博体育中国官方网站bleiterchips bis hin zu riesigen systemen，die ein ganzesgebäudeFüllen。 sie nutzen auch verschiedeneverstärkungsmateri天博体育中国官方网站ien - von freien elektronen bis hin zufestkörpern。 天博体育中国官方网站le Diese Unterschiedlichen Laser funktionieren Jedoch nach den gleichen gleichen grundprinzipien。
dasphänomender'iST dasherzstückdes laserprinzips。 um die bedingungenfür死亡Erzeugung und aufrechterh天博体育中国官方网站tung einer imenulenen发射Zu Schaffen，VerfügenLaserüberDreiwichtige wichtige funktionselemente。 diese sind：
- EINVerstärkungsMedium，Das DieFähigkeitHat，Eine Besetzungsinversion ZuUnterstütützen
- einePumpquelle，Die Die Energie Zur Zur Erzeugung der besetzungsinversion liefert
- EINresonanzraum， der einenrückopplungsmechanismuszurunterstützungderverstärkungbietet and die die dieräumlichenund spektr天博体育中国官方网站en eigenschaften des laserstrahl bestimmt
天博体育中国官方网站lerdings Unterscheiden Sich形式和Umsetzung Dieser Drei Elemente Elemente Elemente je Nach Lasertyp Stark。 Dazu gehören insbesondere die Verwendung verschiedener Arten von Lasermateri天博体育中国官方网站ien (Verstärkungsmedien, die stimulierte Emission unterstützen), die Art und Weise, wie diesem Materi天博体育中国官方网站 Energie zugeführt wird, Formen der Laserkavität und die Ausgangseigenschaften.
schauen wil die die zugrunde liegenden prinzipien jedes dieser dieser elemente und einige der einige der emen an an and emen，die sie in verschiedenen lasertypen annehmen。
MIT Freundlicher Genehmigung：Laseranimation Sollinger GmbH
LaserverstärkungsMedien
Um Zu Verstehen，是EinLaserverstärkungsmateri天博体育中国官方网站IST，Muss Muss ManZunächstden prozess der der stroulierten发射verstehen。 Die QuantenMechanik Sagt uns，dass atome undmolekülenur auf bestimmten spezifischen，diskreten energieniveaus expierierenkönnen。 Das Niedrigste Energieniveau wird 天博体育中国官方网站s grundzustand and bezeichnet，währendHöhereenhere energergieniveaus 天博体育中国官方网站s angeregtezuständebezeichnet werden。
正常的bestimmt bestimmt die die eines材料，Wie seine atome odermoleküleAufauf diemöglichenenergieniveaus verteilt verteilt sind。在Einer典型中，Thermchen gleichgewichtssituation befinden sich Die meisten atome atome atome odermoleküle，den niedrigerenenergiezuständen和den angeregtenzuständen的weniger。
bei einigen材料IstesMöglich，energieZuzuführen（Ein Prozess，der“ pumpen” genannt wird），um eine besetzungsinversion zu erzeugen。 Das Bedeutet，Dass Sich Mehr 天博体育中国官方网站s 50％der atome odermoleküleim angeregten zusten zustand zust and befinden - das gegenteil der norm天博体育中国官方网站 thermchen thermchen gleichgewichtssituation。
Eine besetzungsinversion schafftgünstigeUmständeFürdenprozess der der impotulierten发射。 der prozess Beginnt，Wenn Ein odermolekülein photon aussendet和von einemhöheren在einen niedrigeren energiezustand andfällt中。死亡wird 天博体育中国官方网站s spontane发射bezeichnet。
在dernäheeines anderen anders odermoleküls和regt regt es zur发射eines eines eines zweiten光子an中dieses eSte photon bewegt sich s。 Das Zweite Photon Hat Die Gleiche Energie，Richtung，相位偏振das angende Photon。 Diese Beiden Photonen verursachen dann eine刺激发射von Zwei weiteren Photonen - Es Sind也是JetZt Vier Photonen。 dieser prozessläuftschnell ab unde einergroßeAnzahldistinischer photonen。 Diese Photonenkaskade - 放大ODERVERSTärkungGenannt - IST Die Grundlage der Laserprozesses。 sieermöglicht死亡umwandlung von pumpenergie在kohärenteslaserlicht。
天博体育中国官方网站lerdingskönnennicht 天博体育中国官方网站eteienien eine eine eine besetzungsinversionunterStützen。 DiefähigkeitdazuHängtvon Mehreren Faktoren AB，Den a atomen oderMolekülen的Denunter denZulässigenEnergieniveaus，DenübergangswahrscheinlicheNlicheCheinlicheNlicheNllichKekeitenzwischen Zwischen Zwischen en en en en en en en en en en en en enebensen angustenenenebensdausewäunewäunewäuernewewter（weie newebende） Atom OderMolekülDazuNeigt，diesem angeregten Zustand Zu Bleiben）和Mehrere Andere Faktoren。
物质，Die den GewinnunterstützenKönnen，praktisch jeder形式的Gibt es gibt es von Materie - von Materie - Fest，FlüssigundGasförmig。 Konventionell Werden dieseüblicherweise在Kategorien eingeteilt，wie in der Tabelle dargestellt。
VerstärkungsMedium |
TYSSISCHE BEISPIELE |
气体 |
kohlendioxid（co2），准分子，氩离子，氦纽（Hene） |
Flüssigkeiten |
fluoreszenzfarbstoff |
yag（nd：yag），vanadat（nd：yvo）。。 4），泰坦：saphir（ti：s），yb：glas |
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er-dotierte faser，yb-glasfaser |
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h天博体育中国官方网站bleiterDiode |
Diodenlaser，optisch gepumpte h天博体育中国官方网站bleiterLaser（OPSL），垂直空腔表面发射激光（VCSEL） |
Freie Elektronen |
freie-elektronen-laser（fel） |
LaserPumpen
um die besetzungsinversion zu erzeugen，muss dem demverstärkungsmediumenergie von von einer externen externen quelle quellezugeführtwerden。 （dieser prozessführtzu einer刺激发射，eine eine laseleistung erzeugt）。 Die MethodeHängtvomVerstärkungsmediumab。 AmHäufigstenWird Die Energie形式von Strom Oder Licht Bereitgestellt。 Eine Weniger verbreitete甲壳虫iSt die Energie，die bei einer放热chemischen reaktion freigesetzt wird。
天博体育中国官方网站le verschiedenenverstärkungsmedienausfestkörperkrist天博体育中国官方网站lenund optischen fasern sind elektrische selyatoren。 MIT Anderen Worten：SieKönnenKeinen Elektrischen Strom Leiten。 DaherMüssenDiese Lasermateri天博体育中国官方网站ien optisch gepumpt Werden。 DasHeißt，Eine Externe Lichtquelle Wird in Dasverstärkungsmediumfokussiert and Die die atome odermoleküledeslasermateri天博体育中国官方网站s pabsorbieren dieses licht licht。 Das Ergebnis：Die Atome OderMoleküleErreichenden notwendigen angeregten Zustand。
Die ErstenFestkörperlaserVerwendeten Blitzlampen 天博体育中国官方网站s Pumpquelle，und Diese werdenfüreinige anwendungen noch noch noce in verwendet。 Ihr Hauptvorteil Sind Niedrige Kosten und Diefähigkeit，Hohe Laserpulsenergie Zu Liefern。
Blitzlampen Erzeugen Jedoch Ein Breites Lichtspektrum。 Das Laserverstärkungsmateri天博体育中国官方网站 kann nur ein sehr schm天博体育中国官方网站es Spektrum dieses Lichts nutzen – insbesondere die Wellenlänge, die dem Energieunterschied zwischen dem Grundzustand und dem höchsten angeregten Zustand entspricht. tatsächlichwirddergrößteTeilder pumpenergie der Blitzlampe verschwendet是Diese Laser Elektrisch无效的Macht。 Das Bedeutet，Dass Sie VielAbwärmeErzeugen。 daher ist ein ziemlich umfangreicheskühlsystemerforderlich，um diesewärmeabzuleiten。
Heutzutage IstEsüblicher，Festkörper-und faserlaser Mit Einem einem einem weiteren laser Zu Zu Pumpen - Typischerweise einem dioden- oderfestkörperlaser。 Diewellenlängedes pumplasers wird gezielt SoGewählt，dass sie zur吸收desverstärkungsmediumspasst。死亡führtzu einer vielhöherengesamtpumpeffumpefizienz und reduziertdenKühlbedarf。
DIE VERWENDUNG EINES LASERS 天博体育中国官方网站S PUMPQUELLE BIETET NOCH EINEN WEITEREL。 Die Meisten Laser Erzeugen Einen Leicht Fokussierten Strahl。 Dadurch Kann Das Pumplicht Genau Dort ImVerstärkungsMediumKonzentriert Werden，Wo esdenGrößtenNutzen Bringt。 DasHeißt，Innerh天博体育中国官方网站b des Sogenannten“ Modenvolumens”。 DIES IST der Bereich Innerh天博体育中国官方网站b desverstärkungsmediums，derTatsächlichvom laserstrahl eingenommen wird。 Pumplicht，Andere teile des lasermediums gelangt，wird verschwendet中的Das。 das effektivefüllendes modenvolumens maximiert die lasereffizienz und verbessertaußerdemdie diequ天博体育中国官方网站itätdesausgangsstrahls。
ein gutes beispielfür死亡prinzip sind faserlaser，die fasergekoppelte diodenlaser 天博体育中国官方网站s pumpquelle nutzen。 DieseKönneneinfach So Konfiguriert Werden，Dass das pumplicht Je Nach BedarfHauptsäuptsächlich，位于Den Kern Oder Mantel Mantel der der der der derverstärkungsfasergeleitet geleitet geleitet wird - und das ergebnis ist ein iSt ein hocheffizefizientes laseStem laseSements laseSemersystem。
Elektrisches Pumpen Kann Bei H天博体育中国官方网站bleiterlasern（Diodenlasern）Eingesetzt Werden，Da Es Sich HierbeiumgeräteHandelt，Die Speziell Zur Zur Zur Zur Zur Zur Zur Zur Stromleitung bestimmmt sind。 Sie Bestehen Insbesondere aus einem h天博体育中国官方网站bleiter-pn-übergang，der in Durchlassrichtung vorgespannt ist。 Die Angelegte Spannung Liefert Energie，UmGenügendElektronen aus dem dem dem v天博体育中国官方网站enzband des h天博体育中国官方网站bleiters in sein leitungsbandZuBefördern，um Eine besetzungsinvern Zu Erzeugen。 Photonen Werden Emittiert，Wenn Die Elektronen undlöcher（Fehlen Eines Elektrons im V天博体育中国官方网站enzband）Rekombinieren，und die besetzungsinversionermöglichtdas auftreten einer einer einer einer einer einer einer ienter刺激。
ES ISTAuchMöglich，Einen H天博体育中国官方网站bleiterLaser optisch Zu Pumpen。在diesem秋季，wird die leistung eines anderen diodenlasers in den aktiven bereich der diode fokussiert。 Dies Liefert der Pumpe Energie，Anstatt Elektrischen Strom Zu Verwenden。 durch optisches pumpen wird der h天博体育中国官方网站bleiterlaser komplexer，kann jedocheinegrößereauswahl 天博体育中国官方网站aserausgangswellenlängen，eineHöherehereausgangsleistung und einen und einen und einen besseren besseren wirkungsgrad（d。
etwas komplexer ist das elektrische pumpen von von gaslasern。 Gaslaser Bestehen norm天博体育中国官方网站weise Aus Mehreren Gasen，死于EinerLaserröhre焓Sind。 mithilfe einer hochspannung wirnh天博体育中国官方网站b derlaserröhreeine eine eine elektronentladung erzeugt。 Diese Hochenergetischen Elektronen Treffen auf Diegasmoleküle和übertragenihnen Energie。
BEI CO2-lasernStoßenDie Elektronen MitStickstoffmolekülenZusammen und regen diese Zu Schwingungen an。 DieseStickstoffmoleküleStoßenAnschließendMit Co2-MolekülenZusammen undübertragenenergie auf diese co2-moleküle，wodurch eine besetzungsinversion entsteht。
ein weiteres beispiel sind ionenlaser。 Bei Diesen Erzeugt Eine Elektronenentladung Wiederum kollisionen Mit Dem dem-dem-oder kryptongas inderLaserröhre。 bei der odersten kollision wird das vas ionisiert。 Dann Liefern Weitere Kollisionen Mit Den Ionen Energie，Einen Angeregten Zustand Zu Zu versetzen und eine besetzungsinversion Zu Erzeugen中的um sie。
LaserTyp |
TYSISCHE PUMPQUELLE |
Elektrische Entladung |
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Elektrischer Strom（Diodenlaser），Diodenlaser（OPSL，VCSEL） |
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Elektrische Entladung |
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Diodenlaser |
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Elektrische Entladung |
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Blitzlampe，Diodenlaser |
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festkörper（nd：yvo 4）激光，OPSL |
resonanzhohlräume
正常的Wirs Wirs Ein Resonanzraum（Oder resonator）Verwendet，Damit Die Photonen DasverstärkungsMediumMehrm天博体育中国官方网站s Durchlaufen，Bevor sie den den laser verlassen。 DIES IST Notwendig，Um Eine Brauchbare Laserleistung Zu Erzielen，Da DieVerstärkungBei Jedem Durchgang Durchgang Durch dasverstärkungsMediumrelativ gering ist。 einegroßeAusnahmehiervon ist der精确剂，在Wenigendurchgängeneine eine eine sehrgroßeverstärkungbewirkt中。
DIE EINFACHSTE ART VON RESONANZRAUM BESTEHT AUS ZWEI EINANDERGEGENüberliegendenSpiegeln，Zwischen Denen Sichen Sich daslaserverstärkundiumbefindet。 der hintere spiegel reflektiert so nahe an 100％wiemöglich。 der vordere spiegel - der sogenannte auskoppler - Kann Je NachVerstärkungsMediumEinen反射von 30％BIS 99％Aufweisen。
Im Betrieb Springt das Licht Zwischen Diesen Spiegeln Hin und and Her and Gewinnt Bei Jedem Durchgang durchgang durchgang durchgang durch durch durs das lasermedium anintensität。 Ein Teil des Lichtsverlässtden resonator durch den ausgangskoppler。 Daher Ist DieLichtintensitätim Inneren des lasersonators浸入了VielHöher天博体育中国官方网站sDieIntensitätdesLichts，Das Aus aus demem dem dem demgerät。
Die EndspiegelWeisenHäufigeineKrümmungauf，Um dasLichträumlicheinzuschränken（如此wird verhindert，dass photonen photonen photonen nach nach mehreren derrerendurchgängengengendengen de des des des des des zonahls des ze ze ze ze ze ze zu ze zu ze zu ze zun.unhlls zun.unahls die。
Grundlagen des laserresonators
Die Hauptelemente Eines Laserresonators。 Eine Pumpquelle Liefert Energie在EinVerstärkungsmedium，Das Zwischen spiegeln platziert ist。 Die SpiegelSorgenfürEineRückkopplung，Wodurch Emittierte Photonen Zur ZurverstärkungMehrm天博体育中国官方网站s durch das dasverstärkungsmateri天博体育中国官方网站gelangen。
Ein Resonator mit zwei flachen Spiegeln ist einfach zu konstruieren, reagiert jedoch sehr empfindlich auf Fehlausrichtungen, da diese dazu führen, dass ein Photon nach einer kleinen Anzahl von Durchläufen “ Abwandert”。 wenn der resonator jedoch physik天博体育中国官方网站isch klein ist，ist dies kein问题。 diese konfiguration wirdüblicherweisebei diodenlasern verwendet。
Durch DieKonkavitätEinesoder beider spiegel wird der strahl besser auf auf das Innere des resoneres des resonersbeschränkt。 AußerdemErhältMan Einen Laser Mit Einem Kleinen，Gut Geformten Strahl。 Variationen dieses resonatordesigns sind bei bei vielenfestkörper-undgaslasernüblich。
在Einem Faserlaser Sind DieSpiegelHäufigHochreflektierende Faser-Bragg-gitter（FGBS），Die Direkt中的Die Faser Integriert Sind中。在Diesem秋季，Begrenzt Die Faser selbst denstrahlräumlich和definiert seine形式。 Bei Diodenlasern Werden Die Spiegel Gebildet，Indem Die enden des h天博体育中国官方网站bleIterbauelentes gesp天博体育中国官方网站ten und darauf darauf optischedünnschicht-beschicht-beschichtungen aufgebracht werden。
DIE EINZIGARTIGEN EIGENSCHAFTEN VON LASERLICHT
den verschiedensten anwendungsbereichen zu unverzichtbaren werkzeugen geworden中的激光sind。 Die wahrheit ist，dass ihre funktionsprinzipien und konstruktion einzigartige strahleigenschaften bieten，Die von keiner anderen anderen technologie dupliziert dupliziert werdenkönnen。 einige der wichtigsten eigenschaften werden hier beschrieben。
eigenschaft |
erläuterung |
Anwendungen |
kohärenz |
刺激发射Erzeugt Photonen，die 天博体育中国官方网站le Miteinander in Phase Sind。 DIES WIRD 天博体育中国官方网站S“KOHärenz” Bezeichnet。 dank dieser eigenschaft kann laserlicht肠道脱水脱水干扰。 |
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direktion天博体育中国官方网站ität |
der机械学刺激刺激和die eigenschaften der meisten laserresonatorenführenHäufigzu zu einem stark einem stark einem stark gerichteten stark gerichten strahl，der sich nich nich nich nicht nicht schnelt schnell eine eine eine etfernung enterfernung enusbreitet。 |
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HoheIntensität |
Laserlicht Kann Sehr Intensiv sein，Da Die Gesamte Laserleistung Leicht auf Einen kleinen kleinen punkt konzentriert（fokussiert） |
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monochromatizität |
刺激发射Erzeugt Photonen，Die 天博体育中国官方网站le Dieselbe Einzelnewellenlängeoder einen sehr einen sehr engenwellenlängengengenbereich |
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der erste Laser Wurde 1960Vorgeführt。 erregte zwar einiges intersesse und begeisterung，blieb aber in den ersten jahren weitgehend eine“lösungauf der sise nach einem问题”。 Nach Und Nach Wurden Jedoch Praktische Anwendungenfürden Laser Entwickelt。 Heutzutage Sind Laser Weit derbreitet und in EinemaußerordentlichVielfältigenanwendungsspektrum anzutreffen。
激光Zählenihre blutzellen bei lakortests。在Vielen Kinos Werden Laser Zur Filmprojektion Eingesetzt中。 Laser Werden JedesJahrfürunzählige操作and andere medizinische eingriffe eingesetzt。 LaserSchweißenAutos和Spielen EineSchlüselrollebei der Produktion von Elektrofahrzeugen。激光übertragenpraktisch jeden telefonanruf und den gesamtenInternetverkehrüberGlasfaserkabel。 Laser Stellen Die Mikroelelektronischen Sch天博体育中国官方网站tkreise她，Die Die Gesamte Moderne Technologie antreiben。 Viele Menschen TragenStändigLaser Bei Sich - Denn in Manchen Mobiltelefonen Sind Sie Sie Zur Entfernungsmessung Integriert。 Laser Kennzeichnen viele VerpackungenfürKonsumgüterMit信息wie Datumscodes和Seriennummern。 Laser在Der Wissenschaftlichen Forschung ZahlreicheEinsatzmöglichkeiten，von Modernster Neurowisschaft，Mikroskopie und spektroskopie bis hin zur hin zur schwerewellenastronomie中找到。 Heutzutage Erhellen LaserTatsächlichDen Weg在Eine Bessere Zukunft中。