| 發布日期：2019-07-01 |
乱伦大香蕉原理
一、乱伦大香蕉
乱伦大香蕉的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生放大相幹的紅外線、可見光線和紫外線（以至χ射線和γ射線）的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。
世界上第一台乱伦大香蕉—紅寶石乱伦大香蕉（固體乱伦大香蕉）於1960年7月誕生，距今已有整整五十年了。在這五十年時間裏固體激光的發展與應用研究有了極大的飛躍，並且對人類社會產生了巨大的影響。 固體乱伦大香蕉從其誕生開始至今，一直是備受關注。其輸出能量大，峰值功率高，結構緊湊牢固耐用，因此在各方麵都得到了廣泛的用途，其價值不言而喻。正是由於這些突出的特點，其在工業、國防、醫療、科研等方麵得到了廣泛的應用，給香蕉视频视频APP的現實生活帶了許多便利。
1960年，梅曼首次在實驗室用紅寶石晶體獲得了激光輸出，開創了激光發展的先河。此後，乱伦大香蕉件和技術獲得了突飛猛進的發展，相繼出現了種類繁多的乱伦大香蕉。 如下表1所示，分別從激光的工作物質、激勵方式、運轉方式和輸出波長範圍等四個方麵進行分類。
二、固體乱伦大香蕉的原理和結構
（一）產生激光的條件
生激光有三個必要的條件
1) 有提供放大作用的增益介質作為激光工作物質，其激活粒子（ 原子、分子或離子）有適合於產生受激輻射的能級結構；
2）有外界激勵源，將下能級的粒子抽運到上能級，使激光上下能 級之間產生粒子數反轉；
3）有光學諧振腔，增長激活介質的工作長度，控製光束的傳播方 向，選擇被放大的受激輻射光頻率以提高單色性。
（二）激光的特點
與普通意義上的光源相比較，激光主要有四個顯著的特點：方向性好、亮度極高、單色性好、相幹性好。
（三）產生激光的原理
1）自發輻射：
被激發到高能級上的粒子是不穩定的，它們在高能級上隻能停留一個極為短暫的時間，納為一億分之一秒，然後立即向低能級躍遷。這個過程是在沒有外界作用的情況下完全自發地進行的，所以稱為“自發躍遷”。粒子在自發躍遷過程中，要把原先吸收的能量釋放出來，所釋放的能量轉變為光子或熱能,將熱能傳給其他粒子，這種躍遷叫做“無輻射躍遷”，不會有光產生；將能量轉換為光子，叫做自發輻射躍遷。
自發輻射的特點是：由於物質(發光體)中彼此間沒有任何聯係，所以各個粒子在自發輻射過程中產生的光子沒有統一的步調，不僅輻射光子的時間有先有後，波長有長有短，而且傳播的方向也不一致。因為自發輻射光是由這樣許許多多雜亂無章的光子組成的，所以香蕉视频视频APP通常見到的光，是包含許多種波長成份(即多種的顏色)、射向四麵八方的雜散光。陽光、燈光、火光等普通光都屬於自發輻射光。
2）受激輻射：
粒子從高能態向低能態躍遷，並非隻能以自發方式進行，處於高能態的粒子可以在沒有外界因素的影響下自發地向低能態躍遷，也可以在外界因素的誘發和刺激下向低能態躍遷，而且在躍遷中同樣也向外輻射光子。由於後一種過程是被“激”出來的，所以就叫做“受激輻射”過程。
受激輻射過程的特點是:必須有外來光子的“刺激”，而且隻有當外來光子的頻率恰恰符合下式:（EN-EV）/h= v時處於高能級E的粒子才會在這個外來光子的刺激下向低能級躍遷，並同時輻射出一個額率、傳播方向、振動方向均與外來光子完全相同的光子。
簡單地說，輸入是一個外來光子，而輸出的則是性質與外來光子一模一樣的兩個光子，因為在輸出的兩個光子中，一個就是外來光子本身，而另一個則是在受激輻射過程中釋放出來的，即是被外來光子“激出來的。一個光子激發一個粒子產生受激輻射，得到兩個完全相同的光子，這就是光的“放大”。這兩個光子再去激發兩個粒子產生受激輻射，就可以得到完全相同的4個光子，4、8、......如此鏈鎖反應，完全相同的光子數目便會越來越多，可見受激輻射過程也就是光放大的過程。在受激輻射過程中產生並被放大了的光，便是激光。
3）粒子數反轉
為了產生受激輻射，就必須變革粒子的常規分布狀態，來個“粒子大搬家”，將處在低能態的粒子“搬”到高能態上去，使高能態的粒子數大於低能態的粒子數。由於它同正常粒子數分布相反，所以叫粒子數反分布。此狀態激光理論中有個統叫 法“粒子數反轉”或“集居數反轉”，處於粒子數反轉的粒子體係是不穩定的，如果這時有合適的誘發光子刺激它，則受激輻射就會發生而產生激光。可見，實現粒子數反轉便是實現激光產生的先決條件。
4）"搬運”粒子的工具——光泵
要想把處於低能態的粒子送到高能態去，就得有外力借助工具來實現。這個過程類似於把水位很低的河水或井水抽運到水塔上的蓄水池裏，必須要有足夠功率的水泵作功才成。同理，要實現粒子數反轉，首先必須消耗-定的能量把大量粒子從低能級“搬運”到高能級，這種過程在激光理論上叫做泵浦或激勵。由於其作用原理和水泵抽水相類似，所以把能使大量的粒子從低能態抽運到高能態的激勵裝置通稱之為“光泵”。
5）閾值和激勵方式
“光泵個隻是在解釋粒子數反轉時借用的一種形象的說法。實際上粒子都是甘居低能態的，而且很頑固，並不是象水一樣很容易地就被泵抽運走了。即使費了很大勁把一部分抽運到了高能態，但它們很快就又自發地躍回低能態了。怎麽辦呢，那就需要加大能量不停頓地來轟擊。就是說，激勵不僅要快，而且要強有力。 激勵作用總是通過消耗一定的能量來實現的，產生受激輻射所需要的最小激勵能量定義為乱伦大香蕉的調值(的，即門檻的意思)。誠值是描述乱伦大香蕉整體性能的一個重要數.
6）激光特點：激光與普通光既有相同之處，又有不同處。相同的地方是:兩種光在本質上沒有區別，既是電磁波、又是粒子流，具有波粒二象性。不同之處在於:普通光是種雜亂無章的混合光， 而激光則是頻率、方向位相都極其一致的“純”光。根據光學理論，兩束光相幹的條件是同頻率、同振動方向、位相相同或位相差恒定。顯然，受激輻射所產生的激光是相幹光，而普通光是非相幹光。
（四）乱伦大香蕉的結構
在固體乱伦大香蕉中，由泵浦係統輻射的光能，經過聚焦腔，使在固體工作物質中的激活粒子能夠有效的吸收光能，讓工作物質中形成粒子數反轉，通過諧振腔，從而輸出激光。
如圖1所示,固體乱伦大香蕉的基本結構。固體乱伦大香蕉主要由工作物質、泵浦係統、聚光係統、光學諧振腔及冷卻與濾光係統等五個部分組成。
1）工作物質：工作物質——乱伦大香蕉的核心，是由激活粒子（都為金屬）和基質 兩部分組成，激活粒子的能級結構決定了激光的光譜特性和熒光壽命等激光特性，基質主要決定了工作物質的理化性質。根據激活粒子的能級結構形式，可分為三能級係統（例如紅寶石乱伦大香蕉）與四能級係統（例如Er：YAG乱伦大香蕉）。工作物質的形狀目前常用的主要有四種：圓柱形（目前使用最多）、平板形、圓盤形及管狀。
2) 泵浦係統：泵浦源能夠提供能量使工作物質中上下能級間的粒子數翻轉，目 前主要采用光泵浦。泵浦光源需要滿足兩個基本條件：有很高的發光效率和輻射光的光譜特性應與工作物質的吸收光譜相匹配。
常用的泵浦源主要有惰性氣體放電燈、太陽能 及二極管乱伦大香蕉。其中惰性氣體放電燈是當前最常用的，太陽能泵浦常用在小功率器件，二極管(LD)泵浦是目前固體乱伦大香蕉的發展方向，它集合眾多優點於一身，已成為當前發展最快的乱伦大香蕉之一。
LD泵浦的方式可以分為兩類，橫向：同軸入射的端麵泵浦；縱向:垂直入射的側麵泵浦。 圖2 LD泵浦方式結構示意 LD泵浦的固體乱伦大香蕉有很多優點，壽命長、頻率穩定性好、熱光畸變小等等，當然最突出的優點是泵浦效率高，因為它泵浦光波長與激光介質吸收譜嚴格匹配
3) 聚光係統：聚光腔的作用有兩個[6]：一個是將泵浦源與工作物質有效的耦合； 另一個是決定激光物質上泵浦光密度的分布，從而影響到輸出光束的均勻性、發散度和光學畸變。工作物質和泵浦源都安裝在聚光腔內，因此聚光腔的優劣直接影響泵浦的效率及工作性能。
4) 光學諧振腔:光學諧振腔由全反射鏡和部分反射鏡組成，是固體乱伦大香蕉的重要 組成部分。光學諧振腔除了提供光學正反饋維持激光持續振蕩以形成受激發射，還對振蕩光束的方向和頻率進行限製，以保證輸出激光的高單色性和高定向性。最簡單常用的固體乱伦大香蕉的光學諧振腔是由相向放置的兩平麵鏡（或球麵鏡）構成。
5) 冷卻與濾光係統：冷卻與濾光係統是乱伦大香蕉必不可少的輔助裝置。固體乱伦大香蕉工作時會產生比較嚴重的熱效應，所以通常都要采取 冷卻措施。主要是對激光工作物質、泵浦係統和聚光腔進行冷卻，以保證乱伦大香蕉的正常使用及器材的保護。冷卻方法有液體冷卻、氣體冷卻和傳導冷卻，但目前使用最廣泛的是液體冷卻方法。
要獲得高單色性的激光束，濾光係統起了很大的作用。濾光係統 能夠將大部分的泵浦光和其他一些幹擾光過濾，使得輸出的激光單色性非常好。
三、激光技術的發展
未來的固體乱伦大香蕉將朝著以下幾個方向發展： a) 高功率及高能量 b) 超短脈衝激光 c) 高便攜性 d) 低成本高質量 現在，激光應用已經遍及光學、醫學、原子能、天文、地理、海洋等領域，它標誌著新技術革命的發展。誠然，如果將激光發展的曆史與電子學及航空發展的曆史相比，你不得不意識到現在還是激光發展的早期階段，更令人激動的美好前景將要來到。
而不是某些自動的垃圾注冊程序。 |
