El arma láser más poderosa es un láser de gas o un láser sólido. ¿Cuál es su principio de funcionamiento?
Un láser es un dispositivo que emite luz láser. En 1954 se fabricó el primer amplificador cuántico de microondas y se obtuvo un haz de microondas altamente coherente. En 1958, A.L. Schowlow y C.H. Townes ampliaron el principio del amplificador cuántico de microondas al rango de frecuencia óptica y señalaron el método de generación de láser. En 1960, T.H. Maiman y otros fabricaron el primer láser de rubí. En 1961, A. Jiawen y otros fabricaron un láser de helio-neón. En 1962, R.N. Hall y otros crearon el láser semiconductor de arseniuro de galio. En el futuro, habrá cada vez más tipos de láseres. Según el medio de trabajo, los láseres se pueden dividir en cuatro categorías: láseres de gas, láseres sólidos, láseres semiconductores y láseres de colorantes. Recientemente se han desarrollado láseres de electrones libres. El medio de trabajo es un haz de electrones de alta velocidad que se mueve en un campo magnético periódico. La longitud de onda del láser puede cubrir una amplia banda, desde microondas hasta rayos X. Según el modo de trabajo, existen varios tipos, como tipo continuo, tipo pulso, tipo Q-switched y tipo pulso ultracorto. Los láseres de alta potencia suelen tener salida de impulsos. Hay miles de longitudes de onda láser emitidas por varios tipos de láseres. La longitud de onda más larga es de 0,7 mm en la banda de microondas y la longitud de onda más corta es de 210 angstroms en la región ultravioleta lejana. También se están investigando láseres en la banda de rayos X.
El material de trabajo láser se refiere al sistema de material utilizado para lograr la inversión del número de partículas y producir una amplificación de la radiación estimulada de la luz. A veces también se le llama medio de ganancia láser. Pueden ser sólidos (cristal, vidrio), gases (. gases atómicos, gases iónicos, gases moleculares), semiconductores, líquidos y otros medios. El principal requisito para una sustancia que trabaja con láser es lograr el mayor grado de inversión del número de partículas posible entre los niveles de energía específicos de sus partículas de trabajo, y mantener esta inversión de la manera más efectiva posible durante todo el proceso de emisión del láser. , se requiere que el material de trabajo tenga una estructura de nivel de energía y características de transición adecuadas.
A excepción de los láseres de electrones libres, los principios básicos de funcionamiento de varios láseres son los mismos. Los componentes esenciales del dispositivo incluyen excitación (o bombeo), un medio de trabajo con niveles de energía metaestable y resonancia (. ver Resonador Óptico) 3 partes. La excitación ocurre cuando el medio de trabajo absorbe energía externa y se excita a un estado excitado, creando las condiciones para lograr y mantener la inversión del número de partículas. Los métodos de excitación incluyen estimulación óptica, estimulación eléctrica, estimulación química y estimulación con energía nuclear. El medio de trabajo tiene un nivel de energía metaestable de modo que domina la radiación estimulada, logrando así una amplificación de la luz. La cavidad resonante puede hacer que los fotones en la cavidad tengan frecuencia, fase y dirección de funcionamiento constantes, de modo que el láser tenga buena direccionalidad y coherencia.
El sistema de excitación (bomba) se refiere a un mecanismo o dispositivo que proporciona una fuente de energía para que el material de trabajo del láser logre y mantenga la inversión del número de partículas. Dependiendo del material de trabajo y las condiciones de funcionamiento del láser, se pueden adoptar diferentes métodos de excitación y dispositivos de excitación. Los siguientes cuatro comunes son los siguientes. ① Excitación óptica (bomba óptica). Utiliza luz de una fuente de luz externa para irradiar el material de trabajo para lograr la inversión del número de partículas. Todo el dispositivo de excitación generalmente se compone de una fuente de luz de descarga de gas (como una lámpara de xenón, una lámpara de criptón) y un condensador. ②Excitación por descarga de gas. Utiliza el proceso de descarga de gas que ocurre en la sustancia de trabajo del gas para lograr la inversión del número de partículas. Todo el dispositivo de excitación generalmente consta de un electrodo de descarga y una fuente de alimentación de descarga. ③Estimulación química. Utiliza el proceso de reacción química que ocurre dentro de la sustancia de trabajo para lograr la inversión del número de partículas, lo que generalmente requiere reactivos químicos adecuados y las correspondientes medidas de activación. ④Incentivos a la energía nuclear. Utiliza fragmentos de fisión, partículas de alta energía o radiación producida por pequeñas reacciones de fisión nuclear para excitar el material de trabajo y lograr la inversión del número de partículas.
La cavidad de vibración óptica suele estar compuesta por dos espejos con determinadas formas geométricas y características de reflexión óptica combinados de una forma específica. Las funciones son: ① Proporcionar capacidad de retroalimentación óptica, lo que permite que los fotones de emisión estimulados viajen hacia adelante y hacia atrás en la cavidad varias veces para formar oscilaciones sostenidas coherentes. ② Limite la dirección y frecuencia del haz de oscilación recíproca en la cavidad para garantizar que el láser de salida tenga cierta direccionalidad y monocromaticidad.
La función ① de la cavidad de vibración está determinada por la forma geométrica (radio de curvatura de la superficie de reflexión) y la combinación relativa de los dos espejos que normalmente forman la cavidad y la función ② está determinada por el par de tipos de cavidad de vibración dados. La luz que viaja en diferentes direcciones y frecuencias en la cavidad tiene diferentes características de pérdida selectiva.
A continuación se presentan varios láseres comunes y sus usos:
Nd: láser YAG, 1064 nm, láser de estado sólido, la potencia máxima de salida del láser continuo es de 1000 W, que puede Ser utilizado para cortar metal con láser.
Ho:YAG, láser de estado sólido que produce láseres seguros para la vista de 2097 nm y 2091 nm adecuados para aplicaciones médicas y de radar.
Láser He-Ne, 632,8 nm, láser de gas, potencia de varios mW, utilizado para colimación, posicionamiento, holografía, etc.
Láser de CO2, láser de gas, longitud de onda de salida de 10,6 um, ampliamente utilizado en procesamiento láser, tratamiento médico, comunicaciones atmosféricas y otras aplicaciones militares.
Láser molecular N2, láser de gas, emite luz ultravioleta, la potencia máxima puede alcanzar decenas de megavatios, el ancho del pulso es inferior a 10 ns, la frecuencia de repetición es de decenas a varios kilohercios, se utiliza como bomba para sintonizables. Fuente de láseres de combustible, y también se puede utilizar para análisis de fluorescencia, detección de contaminación, etc.