လေဆာ၏ အဓိက အစိတ်အပိုင်းများ- Gain Medium၊ Pump Source နှင့် The Optical Cavity။

လျင်မြန်သော ပို့စ်အတွက် ကျွန်ုပ်တို့၏ လူမှုမီဒီယာသို့ စာရင်းသွင်းပါ

ခေတ်သစ်နည်းပညာ၏ အခြေခံအုတ်မြစ်တစ်ခုဖြစ်သော လေဆာများသည် ရှုပ်ထွေးသကဲ့သို့ စိတ်ဝင်စားဖွယ်ကောင်းပါသည်။ ၎င်းတို့၏ အဓိကအချက်မှာ ညီညွတ်ပြီး ချဲ့ထွင်ထားသော အလင်းကို ထုတ်လုပ်ရန် တစ်ပြိုင်နက်တည်း လုပ်ဆောင်သော အစိတ်အပိုင်းများ၏ သံစုံတီးဝိုင်းတစ်ခု ရှိပါသည်။ ဤဘလော့ဂ်သည် လေဆာနည်းပညာကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာ နားလည်နိုင်စေရန်အတွက် သိပ္ပံနည်းကျမူများနှင့် ညီမျှခြင်းများဖြင့် ပံ့ပိုးပေးထားသော ဤအစိတ်အပိုင်းများ၏ ရှုပ်ထွေးမှုများကို နက်နဲစွာ လေ့လာထားပါသည်။

 

လေဆာစနစ် အစိတ်အပိုင်းများအကြောင်း အဆင့်မြင့် ထိုးထွင်းသိမြင်မှုများ- ပညာရှင်များအတွက် နည်းပညာဆိုင်ရာ ရှုထောင့်တစ်ခု

 

အစိတ်အပိုင်း

လုပ်ဆောင်ချက်

ဥပမာများ

Gain Medium အလင်းကို ချဲ့ထွင်ရန်အတွက် အသုံးပြုသည့် လေဆာတွင်ပါဝင်သော ပစ္စည်းသည် လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်ခြင်းနှင့် လှုံ့ဆော်ပေးသောထုတ်လွှတ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်များမှတစ်ဆင့် အလင်းကို ချဲ့ထွင်ရန် လွယ်ကူချောမွေ့စေသည်။ အလင်းကို ချဲ့ထွင်သည့် အလယ်အလတ်ရွေးချယ်မှုသည် လေဆာ၏ ရောင်ခြည်ဝိသေသလက္ခဏာများကို ဆုံးဖြတ်ပေးသည်။ အစိုင်အခဲ-စတိတ် လေဆာများဥပမာ၊ Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet) ကို ဆေးဘက်ဆိုင်ရာနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ အသုံးချမှုများတွင် အသုံးပြုသည်။ဓာတ်ငွေ့လေဆာများဥပမာ၊ ဖြတ်တောက်ခြင်းနှင့် ဂဟေဆော်ခြင်းအတွက် အသုံးပြုသော CO2 လေဆာများ။တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လေဆာများ:ဥပမာ၊ ဖိုက်ဘာအော့ပတစ်ဆက်သွယ်ရေးနှင့် လေဆာပွိုင့်များတွင် အသုံးပြုသော လေဆာဒိုင်အိုဒိုက်များ။
စုပ်ထုတ်သည့်အရင်းအမြစ် ပန့်ထုတ်သည့်အရင်းအမြစ်သည် လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်ခြင်း (လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်ခြင်းအတွက် စွမ်းအင်အရင်းအမြစ်) ကိုရရှိစေရန် gain medium သို့ စွမ်းအင်ပေးကာ လေဆာလည်ပတ်မှုကို ဖြစ်စေသည်။ အလင်းစုပ်စက်solid-state လေဆာများကို ထုတ်လွှတ်ရန် flashlamps ကဲ့သို့သော ပြင်းထန်သောအလင်းအရင်းအမြစ်များကို အသုံးပြုခြင်း။လျှပ်စစ်စုပ်စက်လျှပ်စစ်စီးကြောင်းမှတစ်ဆင့် ဓာတ်ငွေ့လေဆာများရှိ ဓာတ်ငွေ့ကို လှုံ့ဆော်ခြင်း။တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း စုပ်စက်solid-state laser medium ကို pump လုပ်ရန် laser diode များကို အသုံးပြုခြင်း။
အလင်းအမှောင် အခေါင်းပေါက် မှန်နှစ်ချပ်ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသော optical cavity သည် အလင်းကို ရောင်ပြန်ဟပ်ပြီး gain medium တွင် အလင်း၏လမ်းကြောင်းအရှည်ကို တိုးမြှင့်ပေးကာ အလင်းချဲ့ထွင်မှုကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။ ၎င်းသည် အလင်း၏ spectral နှင့် spatial ဝိသေသလက္ခဏာများကို ရွေးချယ်ကာ laser ချဲ့ထွင်မှုအတွက် feedback ယန္တရားကို ပေးပါသည်။ ပြားချပ်-ပြားချပ် အခေါင်းပေါက်ဓာတ်ခွဲခန်းသုတေသနတွင် အသုံးပြုသည်၊ ရိုးရှင်းသောဖွဲ့စည်းပုံ။ပြားချပ်-ခွက်ဝင်ရိုးစက်မှုလုပ်ငန်းသုံး လေဆာများတွင် အသုံးများပြီး အရည်အသွေးမြင့် ရောင်ခြည်များကို ပေးစွမ်းသည်။ လက်စွပ်အခေါင်းပေါက်ring gas laser များကဲ့သို့ ring laser များ၏ သီးခြားဒီဇိုင်းများတွင် အသုံးပြုသည်။

 

The Gain Medium: ကွမ်တမ်မက္ကင်းနစ်နှင့် အလင်းအင်ဂျင်နီယာပညာ၏ အစုအဝေးတစ်ခု

Gain Medium ရှိ Quantum Dynamics

အလင်းချဲ့ထွင်မှု၏ အခြေခံလုပ်ငန်းစဉ် ဖြစ်ပေါ်သည့်နေရာသည် quantum mechanics တွင် နက်ရှိုင်းစွာ အမြစ်တွယ်နေသော ဖြစ်စဉ်တစ်ခုဖြစ်ပြီး gain medium တစ်ခုဖြစ်သည်။ medium အတွင်းရှိ စွမ်းအင်အခြေအနေများနှင့် အမှုန်များအကြား အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှုသည် stimulated emission နှင့် population inversion ၏ မူများဖြင့် ထိန်းချုပ်ထားသည်။ အလင်းပြင်းအား (I)၊ ကနဦးပြင်းအား (I0)၊ transition cross-section (σ21) နှင့် စွမ်းအင်အဆင့်နှစ်ခု (N2 နှင့် N1) ရှိ အမှုန်နံပါတ်များအကြား အရေးကြီးသော ဆက်နွယ်မှုကို I = I0e^(σ21(N2-N1)L ညီမျှခြင်းဖြင့် ဖော်ပြထားသည်။ N2 > N1 ဖြစ်သည့် population inversion ကို ရရှိရန် amplification အတွက် မရှိမဖြစ်လိုအပ်ပြီး laser physics ၏ အုတ်မြစ်ဖြစ်သည်[1].

 

သုံးဆင့်စနစ်များနှင့် လေးဆင့်စနစ်များ

လက်တွေ့ကျသော လေဆာဒီဇိုင်းများတွင် အဆင့်သုံးဆင့်နှင့် အဆင့်လေးဆင့်စနစ်များကို အသုံးများသည်။ အဆင့်သုံးဆင့်စနစ်များသည် ပိုမိုရိုးရှင်းသော်လည်း၊ လေဆာအဆင့်နိမ့်သည် မြေပြင်အခြေအနေဖြစ်သောကြောင့် လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်မှုကို ရရှိရန် စွမ်းအင်ပိုမိုလိုအပ်ပါသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ အဆင့်လေးဆင့်စနစ်များသည် မြင့်မားသောစွမ်းအင်အဆင့်မှ လျင်မြန်စွာ ရောင်ခြည်မဟုတ်သော ယိုယွင်းပျက်စီးမှုကြောင့် လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်မှုသို့ ပိုမိုထိရောက်သောလမ်းကြောင်းကို ပေးဆောင်ပြီး ခေတ်မီလေဆာအသုံးချမှုများတွင် ၎င်းတို့ကို ပိုမိုပျံ့နှံ့စေသည်။2].

 

Is အာဘီယမ်ပါဝင်သော ဖန်ခွက်အမြတ်အစွန်းရနိုင်တဲ့ မီဒီယာတစ်ခုလား။

ဟုတ်ကဲ့၊ erbium-doped glass သည် လေဆာစနစ်များတွင် အသုံးပြုသော gain medium အမျိုးအစားတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤအခြေအနေတွင် "doping" ဆိုသည်မှာ erbium ions (Er³⁺) ပမာဏတစ်ခုကို ဖန်ထဲသို့ထည့်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို ရည်ညွှန်းသည်။ Erbium သည် ရှားပါးဒြပ်စင်တစ်ခုဖြစ်ပြီး ဖန်အိမ်ရှင်တွင် ထည့်သွင်းသောအခါ လေဆာလည်ပတ်မှုတွင် အခြေခံလုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည့် လှုံ့ဆော်ပေးသောထုတ်လွှတ်မှုမှတစ်ဆင့် အလင်းကိုထိရောက်စွာ ချဲ့ထွင်နိုင်သည်။

အာဘီယမ်ပါဝင်သောဖန်သည် အထူးသဖြင့် ဆက်သွယ်ရေးလုပ်ငန်းတွင် ဖိုက်ဘာလေဆာများနှင့် ဖိုက်ဘာအသံချဲ့စက်များတွင် အသုံးပြုမှုအတွက် အထူးထင်ရှားသည်။ ၎င်းသည် 1550 nm ဝန်းကျင်ရှိ လှိုင်းအလျားများတွင် အလင်းကို ထိရောက်စွာ ချဲ့ထွင်ပေးသောကြောင့် ဤအသုံးချမှုများအတွက် အလွန်သင့်လျော်ပြီး ၎င်းသည် စံဆီလီကာဖိုက်ဘာများတွင် ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးသောကြောင့် ဖိုက်ဘာဆက်သွယ်ရေးအတွက် အဓိကလှိုင်းအလျားတစ်ခုဖြစ်သည်။

ထိုအာဘီယမ်အိုင်းယွန်များသည် ပန့်အလင်းရောင်ကို စုပ်ယူသည် (များသောအားဖြင့် မှ)လေဆာဒိုင်အိုဒ်) နှင့် မြင့်မားသော စွမ်းအင်အခြေအနေများအတွက် စိတ်လှုပ်ရှားကြသည်။ ၎င်းတို့သည် နိမ့်သော စွမ်းအင်အခြေအနေသို့ ပြန်ရောက်သောအခါ၊ ၎င်းတို့သည် lasing wavelength တွင် photons များကို ထုတ်လွှတ်ပြီး လေဆာလုပ်ငန်းစဉ်ကို အထောက်အကူပြုသည်။ ၎င်းသည် erbium-doped glass ကို လေဆာနှင့် amplifier ဒီဇိုင်းအမျိုးမျိုးတွင် ထိရောက်ပြီး ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုသော gain medium ဖြစ်စေသည်။

ဆက်စပ်ဘလော့ဂ်များ- သတင်း - အာဘီယမ်-အရောအနှောပါဝင်သော ဖန်ခွက်- သိပ္ပံနှင့် အသုံးချမှုများ

ပန့်ချခြင်းယန္တရားများ- လေဆာများ၏နောက်ကွယ်မှ မောင်းနှင်အား

လူဦးရေပြောင်းပြန်လှန်မှုကို အောင်မြင်ရန် ကွဲပြားသောချဉ်းကပ်မှုများ

ပန့်ချ်ယန္တရားရွေးချယ်မှုသည် လေဆာဒီဇိုင်းတွင် အဓိကကျပြီး စွမ်းဆောင်ရည်မှသည် အထွက်လှိုင်းအလျားအထိ အရာအားလုံးကို လွှမ်းမိုးသည်။ ဖလက်ရှ်မီးအိမ်များ သို့မဟုတ် အခြားလေဆာများကဲ့သို့သော ပြင်ပအလင်းရင်းမြစ်များကို အသုံးပြုသည့် အလင်းပန့်ချ်သည် solid-state နှင့် dye laser များတွင် အဖြစ်များသည်။ လျှပ်စစ်ထုတ်လွှတ်နည်းလမ်းများကို ဓာတ်ငွေ့လေဆာများတွင် ပုံမှန်အားဖြင့် အသုံးပြုလေ့ရှိပြီး semiconductor laser များတွင် အီလက်ထရွန်ထိုးသွင်းမှုကို မကြာခဏအသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ ဤပန့်ချ်ယန္တရားများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်၊ အထူးသဖြင့် diode-pumped solid-state laser များတွင် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားမှုနှင့် ကျစ်လျစ်မှုတို့သည် မကြာသေးမီက သုတေသန၏ အဓိကအာရုံစိုက်မှုတစ်ခုဖြစ်ခဲ့ပြီး ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကျစ်လျစ်မှုကို ပေးစွမ်းသည်။3].

 

ပန့်ချမှုထိရောက်မှုတွင် နည်းပညာဆိုင်ရာ ထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည့်အချက်များ

ပန့်လုပ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်၏ ထိရောက်မှုသည် လေဆာဒီဇိုင်း၏ အရေးကြီးသော ရှုထောင့်တစ်ခုဖြစ်ပြီး အလုံးစုံစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် အသုံးချမှုသင့်လျော်မှုအပေါ် သက်ရောက်မှုရှိသည်။ solid-state လေဆာများတွင်၊ flashlamps နှင့် laser diodes များကို ပန့်အရင်းအမြစ်အဖြစ် ရွေးချယ်ခြင်းသည် စနစ်၏ ထိရောက်မှု၊ အပူဝန်နှင့် beam အရည်အသွေးကို သိသိသာသာ သက်ရောက်မှုရှိနိုင်သည်။ ပါဝါမြင့်ပြီး စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် လေဆာ diodes များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာခြင်းသည် DPSS လေဆာစနစ်များကို တော်လှန်ပြောင်းလဲစေခဲ့ပြီး ပိုမိုကျစ်လစ်ပြီး ထိရောက်သော ဒီဇိုင်းများကို ဖန်တီးနိုင်စေခဲ့သည်။4].

 

Optical Cavity: လေဆာရောင်ခြည်ကို အင်ဂျင်နီယာခြင်း

 

အခေါင်းပေါက်ဒီဇိုင်း- ရူပဗေဒနှင့် အင်ဂျင်နီယာပညာ၏ ဟန်ချက်ညီမှုအက်ဥပဒေ

optical cavity သို့မဟုတ် resonator သည် passive component တစ်ခုသာမက laser beam ကိုပုံဖော်ရာတွင် တက်ကြွစွာပါဝင်သူလည်းဖြစ်သည်။ မှန်များ၏ curvature နှင့် alignment အပါအဝင် cavity ၏ဒီဇိုင်းသည် laser ၏ stability၊ mode structure နှင့် output ကိုဆုံးဖြတ်ရာတွင် အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍမှပါဝင်သည်။ cavity ကို optical gain ကိုမြှင့်တင်ရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ရမည်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် optical engineering နှင့် wave optics ပေါင်းစပ်ထားသောစိန်ခေါ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။5.

တုန်ခါမှုအခြေအနေများနှင့် မုဒ်ရွေးချယ်မှု

လေဆာ oscillation ဖြစ်ပေါ်စေရန်အတွက်၊ medium မှ ပံ့ပိုးပေးသော gain သည် cavity အတွင်းရှိ losses များထက် ကျော်လွန်ရမည်။ ဤအခြေအနေသည် coherent wave superposition အတွက် လိုအပ်ချက်နှင့်အတူ၊ longitudinal mode အချို့ကိုသာ support လုပ်သည်ဟု ညွှန်ပြသည်။ mode spacing နှင့် overall mode structure ကို cavity ၏ physical length နှင့် gain medium ၏ refractive index တို့က လွှမ်းမိုးထားသည်[6].

 

နိဂုံးချုပ်

လေဆာစနစ်များ၏ ဒီဇိုင်းနှင့် လည်ပတ်မှုတွင် ရူပဗေဒနှင့် အင်ဂျင်နီယာနိယာမများ၏ ကျယ်ပြန့်သော ရောင်စဉ်တန်းများ ပါဝင်သည်။ gain medium ကို ထိန်းချုပ်သည့် quantum mechanics မှ optical cavity ၏ ရှုပ်ထွေးသော အင်ဂျင်နီယာအထိ၊ လေဆာစနစ်၏ အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုစီသည် ၎င်း၏ အလုံးစုံလုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းတွင် အရေးပါသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ ဤဆောင်းပါးသည် လေဆာနည်းပညာ၏ ရှုပ်ထွေးသောကမ္ဘာကို အရိပ်အမြွက်ပေးထားပြီး ပါမောက္ခများနှင့် optical အင်ဂျင်နီယာများ၏ အဆင့်မြင့် နားလည်မှုနှင့် ကိုက်ညီသော အသိအမြင်များကို ပေးဆောင်သည်။

ဆက်စပ်လေဆာအသုံးချမှု
ဆက်စပ်ထုတ်ကုန်များ

ကိုးကားချက်များ

  • 1. Siegman, AE (1986)။ လေဆာများ။ တက္ကသိုလ်သိပ္ပံစာအုပ်များ။
  • ၂။ Svelto, O. (၂၀၁၀)။ လေဆာများ၏ အခြေခံမူများ။ Springer။
  • ၃။ Koechner, W. (၂၀၀၆)။ Solid-State Laser အင်ဂျင်နီယာ။ Springer။
  • ၄။ Piper, JA, & Mildren, RP (၂၀၁၄)။ Diode Pumped Solid State Lasers။ Handbook of Laser Technology and Applications (Vol. III) တွင်။ CRC Press။
  • ၅။ Milonni, PW, & Eberly, JH (၂၀၁၀)။ လေဆာရူပဗေဒ။ Wiley။
  • ၆။ Silfvast၊ WT (၂၀၀၄)။ လေဆာအခြေခံများ။ ကင်းဘရစ်ချ်တက္ကသိုလ်ပုံနှိပ်တိုက်။

ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၃ ခုနှစ်၊ နိုဝင်ဘာလ ၂၇ ရက်