什么是天博体育？
“天博体育”一词是通过刺激辐射发射来放大光的首字母缩写。所有天博体育器通过刺激的发射过程将输入能量转换为光。
天博体育范围从小的半导体设备到填充整个建筑物的巨大系统。他们还利用各种增益材料 - 从自由电子到固体。但是所有这些不同的天博体育都以相同的基本原则运行。
“刺激发射”现象是天博体育操作的核心。为了创建产生和维持刺激发射的条件，天博体育器结合了三个关键功能元素。这些都是：
- a增益中等具有支持人口反演的能力
- a泵源提供创建总体反转的能量
- a共振腔 它提供了支持放大的反馈机制，还确定了天博体育束的空间和光谱特性
但是，这三个元素的形式和实现从一种类型的天博体育与另一种类型的形式差异很大。具体而言，这包括使用不同类型的天博体育材料（增益支持刺激发射的介质），如何将能量提供给该材料，天博体育腔的形式以及输出特性。
让我们看一下每个元素的基本原理，以及它们在各种天博体育器中采取的某些形式。
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天博体育增益媒体
要了解天博体育增益材料是什么，首先有必要了解刺激的发射过程。量子力学告诉我们，原子和分子只能在某些特定的离散能级下存在。最低的能级称为基态，而较高的能级称为激发状态。
通常，材料的温度确定其原子或分子如何分布在可能的能级之间。在典型的热平衡情况下，大多数原子或分子处于较低的能量状态，而激发态则逐渐更少。
在某些材料中，可以提供能量（称为“抽水”的过程）以创建人口反转。这意味着超过50％的原子或分子处于激发态，这与正常的热平衡情况相反。
一个种群反演为刺激排放过程创造了有利的情况。当一个原子或分子排放光子并从较高的能量状态下降到较低的能量时，该过程开始。这称为自发发射。
该第一个光子在另一个原子或分子附近传递，并刺激其发射第二个光子。第二个光子具有相同的能量，方向，相和极化，与刺天博体育子具有相同的能量，方向，相位和极化。然后，这两个光子会引起刺激的两个光子的刺激发射 - 因此现在有四个光子。该过程迅速级联创建大量相同的光子。这种级联的光子（称为扩增或增益）是天博体育作用的基础。它允许将泵的能量转换为连贯的天博体育光。
但是，并非所有材料都可以支持种群反转和刺激排放。这样做的能力取决于几个因素，包括原子或分子中的允许能级，这些能级之间的过渡概率，激发态的寿命（原子或分子多长时间保留在该激发态中）以及其他几个因素。。
可以支持增益的材料几乎以每种形式的物质 - 固体，液体和气体。按照惯例，这些通常分为类别，如表所示。
天博体育抽水
必须将能量从外部来源提供到增益培养基中以产生种群反转。 （此过程导致刺激的发射，从而产生天博体育输出）。该方法取决于增益培养基。最常见的是，能量是以电或光的形式提供的。不太常见的方法是从放热化学反应中释放出的能量。
所有各种固态晶体和光纤增益介质都是电绝缘体；换句话说，他们无法传导电流。因此，这些天博体育材料必须光学泵送。也就是说，外部光源集中在增益培养基中，天博体育材料的原子或分子吸收了这种光。结果：原子或分子达到必要的激发态。
最早的固态天博体育器使用闪光灯作为泵源，并且这些应用程序仍用于某些应用程序。他们的主要优势是低成本和提供高天博体育脉冲能量的能力。
，但FlashLamps会产生广泛的光谱。天博体育增益材料只能利用这种光的非常狭窄的光谱 - 特别是与基态和最高激发态之间的能量差的波长。实际上，大多数闪光灯泵的能量都被浪费了，这使这些天博体育器的电力效率低下，这意味着它们会产生大量的废热。结果，需要相当大的冷却系统来消除这种热量。
现在更常见的是，将固态和纤维天博体育器泵送另一种天博体育器（通常是二极管或固态天博体育器）。专门选择泵天博体育的波长以匹配增益介质的吸收。这会产生更高的总体抽水效率，并降低冷却要求。
使用天博体育作为泵源还有其他优势。大多数天博体育器会产生易于聚焦的光束。这使得泵的光集中在最有用的速度中。也就是说，在所谓的“模式卷”中。这是天博体育束实际占据的增益介质内的区域。浪费了进入天博体育介质其他部位的泵灯。有效填充模式量可最大程度地提高天博体育效率，并提高输出光束质量。
使用光纤耦合二极管天博体育器作为泵源的光纤天博体育器是该原理的一个很好的例子。可以轻松地配置这些，以便根据需要将泵灯引向增益纤维的核心或覆层 - 结果是高效的天博体育系统。
电泵可以与半导体（二极管）天博体育器一起使用，因为这些是专门用于导电的设备。特别是，它们由向前偏置的半导体P-N结组成。施加的电压提供能量，以将半导体价带的足够电子促进其传导带，以创建种群反转。当电子和孔（在价带中没有电子）重新组合时发出光子，并且种群反转使刺激的发射发生。
也可以光学地泵送半导体天博体育器。在这种情况下，将另一个二极管天博体育器的输出集中在二极管的活动区域中。这提供了泵的能量，而不是使用电流。光学泵送使半导体天博体育器更加复杂，但可以提供更广泛的天博体育输出波长，更高的输出功率和更好的效率（意味着更少的热量产生）。
气体天博体育器的电泵更为复杂。气体天博体育器通常由天博体育管中的几种气体组成。高压用于在天博体育管内形成电子排放。这些高能电子会影响气体分子并赋予它们能量。
在CO的情况下2天博体育器，电子与氮分子碰撞，并振动它们。这些氮分子随后与CO相撞2分子，转移到CO2分子创建人口反演。
另一个示例是离子天博体育器。在这些中，电子排放再次与天博体育管内的氩气或K k的气体碰撞。第一次碰撞使气体电离。然后，与离子的进一步碰撞提供了使它们处于激发状态并产生种群反转的能量。
共振腔
通常，在退出天博体育器之前，使用谐振腔（或谐振器）使光子多次通过增益中等。这对于建立有用的天博体育输出是必不可少的，因为每次通过增益介质的扩增量相对较小。一个主要的例外是准分子天博体育器，它在少数传球中赋予了很大的增益（放大）。
最简单的谐振腔是构建的，两个镜子彼此面对，并且天博体育介于它们之间。后视镜反射到尽可能接近100％。前镜（称为输出耦合器）可能具有30％至99％的反射率，具体取决于增益介质。
在操作中，这些镜子之间来回反弹，每次通过天博体育介质都会获得强度。一些光通过输出耦合器退出谐振器。结果，天博体育谐振器内的光强度总是比从设备中产生的光强度高得多。
端镜通常在它们上有曲率，以将光线限制在光线上（以防止光子在多个通过后“走出”谐振器）并定义光束的形状。。
天博体育谐振器基础
天博体育谐振器的主要元素。泵源将能量提供为放置在镜之间的增益介质。镜子提供反馈，使发射的光子通过增益材料多次通过进行放大。
使用两个平面镜的谐振器易于构造，但对未对准非常敏感，因为它会导致光子在少量通过后“散步”。但是，如果谐振器在物理上很小，这不是问题。该配置通常在二极管天博体育器中使用。
制作一个或两个镜子凹面更好地将光束限制在谐振器内，还可以产生带有小型，良好的光束的天博体育器。对于许多固态和气体天博体育器，这种谐振器设计的变化很常见。
在纤维天博体育器中，镜子通常是直接集成到纤维中的高反射纤维bragg thrings（FGB）。在这种情况下，纤维本身在空间上限制了光束并定义其形状。在二极管天博体育器中，镜子是通过裂解半导体装置的末端并在其上涂上光学薄膜涂层的。
天博体育灯的唯一特征
天博体育器已成为各种应用程序中必不可少的工具。事实是他们的运行原理和构造提供了一套独特的光束特性，任何其他技术都无法复制。这里描述了一些最重要的属性。
属性 |
说明 |
应用程序 |
连贯 |
刺激的发射产生彼此相相的光子。这称为“连贯性”。该特性使天博体育光能够产生明确的干扰条纹图案。 |
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方向性 |
刺激发射机理和大多数天博体育谐振器的特性经常合并，产生高方向光束，该光束不会迅速在距离上迅速扩散。 |
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高强度 |
天博体育光可以高度强烈，因为所有天博体育功率都可以轻松地集中到一个小位置。 |
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单色性 |
刺激的发射产生的光子都具有相同的单波长或非常狭窄的波长范围。 |
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在1960年展示了第一个天博体育。尽管它引起了一些兴趣和兴奋，但最初几年它仍然是“解决问题的解决方案”。但是，有点逐个，开发了对天博体育的实际应用。如今，天博体育很常见，并且在多种应用范围内发现。
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