Bien qu'il existe une variété delasers, ils sont générés par excitation et rayonnement stimulé, donc la composition de base du laser est fixée, par la substance de travail (c'est-à-dire le milieu de travail qui peut produire une inversion du nombre de particules après excitation), la source d'excitation (l'énergie qui peut produire la substance active est une inversion du nombre de particules, également connue sous le nom de source de pompe), et le résonateur optique est composé de trois parties.
Ⅱ. Laser à gaz
Il existe de nombreux types de lasers à gaz, les plus couramment utilisés étant les lasers au dioxyde de carbone et les lasers hélium-néon.
1. Générateur laser CO₂
Le laser CO₂ utilise principalement du gaz CO₂, ajoute une petite quantité d'azote et d'hélium et utilise également l'excitation de la « source de pompe », de sorte que les molécules de gaz produisent une transition de niveau d'énergie, stimulant ainsi le laser.
Niveaux d'énergie moléculaire excités par le laser CO₂ pour obtenir un laser. Son principe de fonctionnement est plus complexe car la molécule a trois mouvements différents, l'un est le mouvement des électrons dans la molécule qui détermine l'état électronique de la molécule ; Deuxièmement, l’état énergétique vibratoire de la molécule est déterminé par la vibration atomique de la molécule. Troisièmement, la rotation globale de la molécule détermine l’état énergétique de rotation de la molécule. L'état du mouvement moléculaire est complexe, le niveau d'énergie est complexe, donc le processus de transition du niveau d'énergie des molécules excitées est également complexe.
Le gaz CO₂, de petites quantités d'azote et d'hélium sont encapsulés dans un « tube à décharge » en verre ; Une sorte de « source de pompe » est appliquée en continu, qui émet des électrons qui frappent les molécules d'azote dans le tube et les excitent ; Les molécules d'azote et les molécules de CO₂ entrent en collision, les molécules d'azote transfèrent de l'énergie aux molécules de CO₂, les molécules de CO₂ passent d'un niveau d'énergie faible à un niveau d'énergie élevé ; Envoyez un laser. C'est-à-dire que la « source de pompe » du laser émis par la molécule de gaz CO₂ est une excitation secondaire, d'abord la vibration de la molécule d'azote excitée par les électrons, puis la molécule d'azote frappant la molécule de CO₂.
Les molécules de CO₂ sont excitées par la lumière infrarouge mais doivent également renforcer la résonance, et le laser amélioré doit être transmis. Afin de renforcer la résonance infrarouge, le tube de verre scellé peut être plaqué or pour former un miroir ; Étant donné que le verre général n'est pas capable de laisser passer la lumière infrarouge, un petit trou est ouvert au milieu du miroir et un matériau pouvant laisser passer la lumière infrarouge est scellé, de sorte que le laser infrarouge après résonance puisse être transmis à travers le trou.
La source d'excitation laser CO₂ a une variété de courant continu haute tension, de courant alternatif haute fréquence, de radiofréquence et de micro-ondes.
Les lasers CO₂ couramment utilisés ont une puissance allant de dizaines de watts à près de kilowatts, les lasers CO₂ sont vendus sur le marché et ces lasers sont utilisés avec succès dans tous les domaines. Ces propriétés rendent les lasers au dioxyde de carbone largement utilisés dans de nombreux domaines. Dans l'industrie, il est utilisé pour traiter une variété de matériaux, notamment le perçage, la découpe, le soudage, le recuit, la fusion, la modification de surface, le revêtement, etc. Utilisé médicalement dans diverses procédures chirurgicales ; Les applications militaires incluent la télémétrie laser, le lidar et même les armes à énergie dirigée.
2. Laser hélium-néon
Le laser hélium-néon est l'un des lasers les plus utilisés actuellement, avec une puissance de sortie comprise entre 0,5 et 100 milliwatts, avec une très bonne qualité de faisceau. Il peut être utilisé dans le traitement chirurgical, la cosmétologie laser, la mesure des bâtiments. , indication de collimation, impression photocopiée, gyroscope laser, etc. De nombreux LABORATOIRES de lycées l'utilisent également pour des expériences de démonstration.
En général, la densité d’énergie de sortie des lasers à gaz est inférieure à celle des lasers à solide.
Ⅲ. Laser à semi-conducteur
À l'heure actuelle, dans les dispositifs laser à semi-conducteurs, le laser à semi-conducteur à diode GaAs (arséniure de gallium) a de meilleures performances et est largement utilisé.
Pour les lasers GaAs (arséniure de gallium), le nombre de porteurs hors équilibre est inversé entre les bandes d'énergie des matériaux semi-conducteurs au moyen d'une excitation de courant, et le laser est généré lorsque les électrons à l'état inversé sont combinés avec des trous.
Les lasers à diodes semi-conductrices peuvent émettre une lumière laser visible, mais peuvent également émettre une lumière proche infrarouge ou ultraviolette. Il convient de noter que la lumière émise par la diode électroluminescente (LED) ordinaire n'est pas un laser et que la diode laser (LD) est constituée d'un résonateur sur la base de la diode électroluminescente.
Le laser à diode semi-conductrice est le type de laser le plus pratique et le plus important. Il a une petite taille, un fonctionnement léger et fiable, une consommation d'énergie réduite, un rendement élevé et une longue durée de vie. Comme l’excitation en tension et en courant peut être utilisée, elle peut être compatible avec les circuits intégrés. Il peut également moduler directement le courant à des fréquences allant jusqu'à GHz pour obtenir une sortie laser modulée à grande vitesse. En raison de ces avantages, les lasers à diodes semi-conductrices ont été largement utilisés dans les communications laser, le stockage optique, le gyroscope optique, l'impression laser, la télémétrie et le radar.
La communication par fibre optique est le domaine d'application le plus important des lasers à semi-conducteurs, et le réseau de communication ne peut être séparé des lasers à semi-conducteurs.
Les applications laser à semi-conducteurs à lumière visible peuvent être vues partout, telles que les lecteurs de codes-barres, la lecture et l'écriture de mémoire optique, l'impression laser, l'impression laser, l'affichage couleur sur écran, la télévision couleur haute définition, etc.
Les lasers à semi-conducteurs sont également couramment utilisés dans la télédétection laser, les communications en espace libre, les fenêtres atmosphériques, la surveillance atmosphérique et l'analyse spectrale chimique.
L'utilisation militaire des lasers à semi-conducteurs est également très intéressante, comme les contre-mesures infrarouges, la visée laser, la télémétrie laser, le lidar, le guidage laser, la fusée laser, etc.
Ⅳ. Laser chimique
Les lasers chimiques utilisent des réactions chimiques pour produire de la lumière laser. Par exemple, lorsque les atomes de fluor et d’hydrogène réagissent chimiquement, des molécules de fluorure d’hydrogène peuvent se former dans un état excité. De cette façon, lorsque les deux états ioniques du gaz sont rapidement mélangés, une lumière laser peut être générée, de sorte qu'aucune autre énergie n'est requise et une énergie lumineuse très puissante peut être obtenue directement à partir de la réaction chimique.
À l'heure actuelle, les plus importants sont le fluorure d'hydrogène (HF) et le fluorure de deutérium (DF), deux dispositifs, l'ancienne longueur d'onde du laser étant comprise entre 2,6 et 3,3 microns ; Cette dernière est comprise entre 3,5 et 4,2 microns. Également, laser au bromure d'hydrogène (HBr), longueur d'onde 4.0 ~ 4,7 microns ; Laser au monoxyde de carbone (CO), longueur d'onde 4,9 ~ 5,8 microns ; Laser oxygène-iode, 1,3 microns. Ces lasers chimiques purs peuvent actuellement atteindre plusieurs mégawatts de puissance et leurs longueurs d'onde laser vont du spectre proche infrarouge au moyen infrarouge, qui peuvent facilement être transmises dans l'atmosphère ou dans des fibres optiques.
Étant donné que le laser chimique est produit par réaction chimique, le volume de ce type de laser est relativement petit et il est plus adapté au travail sur le terrain ; En particulier, des lasers de haute puissance peuvent être produits, qui peuvent être utilisés à des fins militaires ainsi que pour la fusion nucléaire.
La recherche en microchimie a directement favorisé la recherche sur les lasers chimiques, et l'orientation du développement des lasers chimiques est principalement axée sur : 1) la production de laser à réaction chimique nécessite le fonctionnement réel, la puissance peut être contrôlée et le temps intermittent peut être contrôlé; 2) La taille de l’ensemble du générateur doit être petite ; 3) Nécessité de pouvoir produire un laser de super puissance.
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