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激光傳感器中的激光是如何形成的?

傳感器


激光傳感器是一種新型的測量儀表,它由激光器、激光檢測器和測量電路組成,利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。光是媒質(zhì)的粒子(原子或分子)受激輻射產(chǎn)生的,但它必須滿足以下條件才能得到。那么,你知道激光傳感器中的激光是如何形成的。


什么是激光?

原子受激輻射的光,故名“激光”:原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級的時候,所釋放的能量以光子的形式放出。被引誘(激發(fā))出來的光子束(激光),其中的光子光學(xué)特性高度一致。因此激光相比普通光源單色性、方向性好,亮度更高。

Sentasy對激光傳感器中激光形成的三個條件進行了探討,分別是:


1、激發(fā)器的光振蕩放大

當(dāng)工作物質(zhì)產(chǎn)生受激輻射時,受激輻射在兩反射鏡之間作一定次數(shù)的往返反射,而每次返回時都會經(jīng)過建立了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì),這樣將使受激輻射一次又一次地加強。這樣幾十次、幾百次的往返,直致能獲得單方向的強度非常集中的激光輸出為止。我們把激光在共振腔內(nèi)的往返放大過程叫做振蕩放大。被激發(fā)的工作物質(zhì)中的某些原子受激輻射而放出光子,如果發(fā)射方向正好和腔軸線平行,則可能在腔內(nèi)起放大作用。一部分偏離軸線方向的光子則跑出腔外面而成為一種損耗。若光在來回反射過程中,放大作用克服了各種衰減作用(如共振腔的透射、工作物質(zhì)對光的散射和吸收等),就形成穩(wěn)定的光振蕩而產(chǎn)生激光,以很好的方向沿軸向輸出。

2、激光輸出

在共振腔中,反射鏡起著反射光束的返振蕩作用,從光放大角度來看,反射率越高,光損失越小,放大效果越好。

對輸出端透鏡反射率要適當(dāng)選擇,若反射率過低,雖然透光率較高,但對腔內(nèi)光束損失過大,則會影響到振蕩器的放大,因此輸出必然減弱。

3、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

對應(yīng)于T>0的任意值,只要在,E2>E1就有了N1>N2,這說明處于低能級上的粒子數(shù)大于處于高能級上的粒子數(shù)。在這種情況下,光吸收是主要的。要實現(xiàn)光的放大,必須使N2>N1,這種不平衡狀態(tài)分布叫做粒子數(shù)反轉(zhuǎn),可以通過氣體放電或光照射等從外界供給能量的方法來獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

下圖(a)表示媒質(zhì)中粒子能級的正常分布,媒質(zhì)中大部分粒子處在低能級(以黑點表示),只有少數(shù)粒子處于高能級(以圓圈表示);下圖(b)表示在外界激發(fā)的條件下形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

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