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激光傳感器的工作原理

   2019-10-18 十二66
核心提示:增益介質通過外界提供能量的激勵,使原子從低能級躍遷到高能級上,形成粒子數反轉分布,外界能量就是激光器的激勵能源。

                         

  原子在正常分布狀態下,總是穩定的處于低能級E1,如無外界作用,原子將長期保持這種穩定狀態。一旦原子受到外界光子的作用,賦予原子一定的能量ε后,原子就能從低能級E1躍遷到高能級E2,這個過程稱為光的受激吸收。光受激后,其能量有下列關系:

  E=hν=E2-E1

  處于高能級E2的原子在外來光的誘發下,從高能級E2躍遷至低能級E1而發光。這過程叫做光的受激輻射。只有外來光的頻率等于激發態原子的某一固有頻率時,原子的受激輻射才可能產生,因此,受激輻射發出的光子與外來光子具有相同的頻率、傳播方向和偏振狀態。一個外來光子激發原子產生另一個同性質的光子,這就是說一個光子放大為N1個光子,N個光子將誘發出N2個光子(N2>N1......在原子受激輻射過程中,光被加強了,這個過程稱為光放大。

  在外來光的激發下,如果受激輻射大于受激吸收,原子在某高能級的數目就多于低能級的數目,相對于原子正常分布狀態來說,稱之為粒數反轉。當激光器內工作物質中的原子處于反轉分布,這時受激輻射占優勢,光在這種工作物質中傳播時,會變得越來越強。通常把這種處于粒子數反轉分布狀態的物質稱為增益介質。

  增益介質通過外界提供能量的激勵,使原子從低能級躍遷到高能級上,形成粒子數反轉分布,外界能量就是激光器的激勵能源。

  當工作物質實現了粒子數反轉分布后,只要滿足文章前提到的式子條件的光就可以使增益介質受激輻射。為了使受激輻射的光強度足夠大,通常還設計一個光學諧振腔。光學諧振腔由兩個平行對置的反射鏡構成,一個為全反射鏡,另一個為半反半透鏡,期間放有工作物質。當原子發出來的光沿諧振腔軸向傳播時,光子碰到反射鏡后,就被反射折回,在兩反射鏡間往返運行,不斷碰撞工作物質,使工作物質受激輻射,產生雪崩似的放大,從而形成了強大的受激輻射光,該輻射光稱為激光,然后,激光由半反半透鏡輸出。

 
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