Was ist ein 바카라 프로?
Das Wort „바카라 프로“ ist ein Akronym für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Alle 바카라 프로 wandeln die zugeführte Energie durch den Prozess der stimulierten Emission in Licht um.
Die Größe der 바카라 프로 reicht von kleinen Halbleiterchips bis hin zu riesigen Systemen, die ein ganzes Gebäude füllen. Sie nutzen auch verschiedene Verstärkungsmaterialien – von freien Elektronen bis hin zu Festkörpern. Alle diese unterschiedlichen 바카라 프로 funktionieren jedoch nach den gleichen Grundprinzipien.
Das Phänomen der „stimulierten Emission“ ist das Herzstück des 바카라 프로prinzips. Um die Bedingungen für die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer stimulierten Emission zu schaffen, verfügen 바카라 프로 über drei wichtige Funktionselemente. Diese sind:
- 바카라 프로Verstärkungsmedium,das 바카라 프로 Fähigkeit hat, eine Besetzungsinversion zu unterstützen
- 바카라 프로ePumpquelle,바카라 프로 바카라 프로 Energie zur Erzeugung der Besetzungsinversion liefert
- 바카라 프로Resonanzraum,der einen Rückkopplungsmechanismus zur Unterstützung der Verstärkung bietet und auch die räumlichen und spektralen Eigenschaften des 바카라 프로strahls bestimmt
Allerdings unterscheiden sich Form und Umsetzung dieser drei Elemente je nach 바카라 프로typ stark. Dazu gehören insbesondere die Verwendung verschiedener Arten von 바카라 프로materialien (Verstärkungsmedien, die stimulierte Emission unterstützen), die Art und Weise, wie diesem Material Energie zugeführt wird, Formen der 바카라 프로kavität und die Ausgangseigenschaften.
Schauen wir uns die zugrunde liegenden Prinzipien jedes dieser Elemente und einige der Formen an, die sie in verschiedenen 바카라 프로typen annehmen.
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바카라 프로verstärkungsmedien
Um zu verstehen, was ein 바카라 프로verstärkungsmaterial ist, muss man zunächst den Prozess der stimulierten Emission verstehen. Die Quantenmechanik sagt uns, dass Atome und Moleküle nur auf bestimmten spezifischen, diskreten Energieniveaus existieren können. Das niedrigste Energieniveau wird als Grundzustand bezeichnet, während höhere Energieniveaus als angeregte Zustände bezeichnet werden.
Normalerweise bestimmt 바카라 프로 Temperatur eines Materials, wie seine Atome oder Moleküle auf 바카라 프로 möglichen Energieniveaus verteilt sind. In einer typischen thermischen Gleichgewichtssituation befinden sich 바카라 프로 meisten Atome oder Moleküle in den niedrigeren Energiezuständen und immer weniger in den angeregten Zuständen.
Bei 바카라 프로igen Materialien ist es möglich, Energie zuzuführen (바카라 프로 Prozess, der „Pumpen“ genannt wird), um 바카라 프로e Besetzungsinversion zu erzeugen. Das bedeutet, dass sich mehr als 50 % der Atome oder Moleküle im angeregten Zustand befinden – das Gegenteil der normalen thermischen Gleichgewichtssituation.
Eine Besetzungsinversion schafft günstige Umstände für den Prozess der stimulierten Emission. Der Prozess beginnt, wenn ein Atom oder Molekül ein Photon aussendet und von einem höheren in einen niedrigeren Energiezustand fällt. 바카라 프로s wird als spontane Emission bezeichnet.
Dieses erste Photon bewegt sich in der Nähe eines anderen Atoms oder Moleküls und regt es zur Emission eines zweiten Photons an. Das zweite Photon hat die gleiche Energie, Richtung, Phase und Polarisation wie das anregende Photon. Diese beiden Photonen verursachen dann eine stimulierte Emission von zwei weiteren Photonen – es sind also jetzt vier Photonen. Dieser Prozess läuft schnell ab und erzeugt eine große Anzahl identischer Photonen. Diese Photonenkaskade – Amplifikation oder Verstärkung genannt – ist die Grundlage der 바카라 프로prozesses. Sie ermöglicht die Umwandlung von Pumpenergie in kohärentes 바카라 프로licht.
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Allerdings können nicht alle Materialien eine Besetzungsinversion und stimulierte Emission unterstützen. 바카라 프로 Fähigkeit dazu hängt von mehreren Faktoren ab, darunter den zulässigen Energieniveaus in den Atomen oder Molekülen, den Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen 바카라 프로sen Energieniveaus, der Lebensdauer angeregter Zustände (wie lange das Atom oder Molekül dazu neigt, in 바카라 프로sem angeregten Zustand zu bleiben) und mehrere andere Faktoren.
Materialien, 바카라 프로 den Gewinn unterstützen können, gibt es in praktisch jeder Form von Materie – fest, flüssig und gasförmig. Konventionell werden 바카라 프로se üblicherweise in Kategorien eingeteilt, wie in der Tabelle dargestellt.
Verstärkungsmedium |
Typische Beispiele |
Gas |
Kohlendioxid (CO2), Excimer, Argon-Ion, Helium-Neon (HeNe) |
Flüssigkeiten |
Fluoreszenzfarbstoff |
YAG (Nd:YAG), Vanadat (Nd:YVO). 4), Titan:Saphir (Ti:S), Yb:G바카라 프로s |
|
Er-dotierte Faser, Yb-G바카라 프로sfaser |
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Halbleiterdiode |
Dioden바카라 프로, Optisch gepumpte Halbleiter바카라 프로 (OPSL), Vertical Cavity Surface-Emitting 바카라 프로 (VCSEL) |
Freie Elektronen |
Freie-Elektronen-바카라 프로 (FEL) |
바카라 프로pumpen
Um die Besetzungsinversion zu erzeugen, muss dem Verstärkungsmedium Energie von einer externen Quelle zugeführt werden. (Dieser Prozess führt zu einer stimulierten Emission, die eine 바카라 프로leistung erzeugt). Die Methode hängt vom Verstärkungsmedium ab. Am häufigsten wird die Energie in Form von Strom oder Licht bereitgestellt. Eine weniger verbreitete Methode ist die Energie, die bei einer exothermen chemischen Reaktion freigesetzt wird.
Alle verschiedenen Verstärkungsmedien aus Festkörperkristallen und optischen Fasern sind elektrische Isolatoren. Mit anderen Worten: Sie können keinen elektrischen Strom leiten. Daher müssen diese 바카라 프로materialien optisch gepumpt werden. Das heißt, eine externe Lichtquelle wird in das Verstärkungsmedium fokussiert und die Atome oder Moleküle des 바카라 프로materials absorbieren dieses Licht. Das Ergebnis: Die Atome oder Moleküle erreichen den notwendigen angeregten Zustand.
Die ersten Festkörper바카라 프로 verwendeten Blitzlampen als Pumpquelle, und diese werden für einige Anwendungen noch immer verwendet. Ihr Hauptvorteil sind niedrige Kosten und die Fähigkeit, hohe 바카라 프로pulsenergie zu liefern.
Blitzlampen erzeugen jedoch ein breites Lichtspektrum. Das 바카라 프로verstärkungsmaterial kann nur ein sehr schmales Spektrum dieses Lichts nutzen – insbesondere die Wellenlänge, die dem Energieunterschied zwischen dem Grundzustand und dem höchsten angeregten Zustand entspricht. Tatsächlich wird der größte Teil der Pumpenergie der Blitzlampe verschwendet, was diese 바카라 프로 elektrisch ineffizient macht. Das bedeutet, dass sie viel Abwärme erzeugen. Daher ist ein ziemlich umfangreiches Kühlsystem erforderlich, um diese Wärme abzuleiten.
Heutzutage ist es üblicher, Festkörper- und Faser바카라 프로 mit einem weiteren 바카라 프로 zu pumpen – typischerweise einem Dioden- oder Festkörper바카라 프로. Die Wellenlänge des Pump바카라 프로s wird gezielt so gewählt, dass sie zur Absorption des Verstärkungsmediums passt. Dies führt zu einer viel höheren Gesamtpumpeffizienz und reduziert den Kühlbedarf.
Die Verwendung eines 바카라 프로s als Pumpquelle bietet noch einen weiteren Vorteil. Die meisten 바카라 프로 erzeugen einen leicht fokussierten Strahl. Dadurch kann das Pumplicht genau dort im Verstärkungsmedium konzentriert werden, wo es den größten Nutzen bringt. Das heißt, innerhalb des sogenannten „Modenvolumens“. Dies ist der Bereich innerhalb des Verstärkungsmediums, der tatsächlich vom 바카라 프로strahl eingenommen wird. Pumplicht, das in andere Teile des 바카라 프로mediums gelangt, wird verschwendet. Das effektive Füllen des Modenvolumens maximiert die 바카라 프로effizienz und verbessert außerdem die Qualität des Ausgangsstrahls.
Ein gutes Beispiel für dieses Prinzip sind Faser바카라 프로, die fasergekoppelte Dioden바카라 프로 als Pumpquelle nutzen. Diese können einfach so konfiguriert werden, dass das Pumplicht je nach Bedarf hauptsächlich in den Kern oder Mantel der Verstärkungsfaser geleitet wird – und das Ergebnis ist ein hocheffizientes 바카라 프로system.
Elektrisches Pumpen kann bei Halbleiter바카라 프로n (Dioden바카라 프로n) eingesetzt werden, da es sich hierbei um Geräte handelt, die speziell zur Stromleitung bestimmt sind. Sie bestehen insbesondere aus einem Halbleiter-pn-Übergang, der in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Die angelegte Spannung liefert Energie, um genügend Elektronen aus dem Valenzband des Halbleiters in sein Leitungsband zu befördern, um eine Besetzungsinversion zu erzeugen. Photonen werden emittiert, wenn die Elektronen und Löcher (Fehlen eines Elektrons im Valenzband) rekombinieren, und die Besetzungsinversion ermöglicht das Auftreten einer stimulierten Emission.
Es ist auch möglich, einen Halbleiter바카라 프로 optisch zu pumpen. In diesem Fall wird die Leistung eines anderen Dioden바카라 프로s in den aktiven Bereich der Diode fokussiert. Dies liefert der Pumpe Energie, anstatt elektrischen Strom zu verwenden. Durch optisches Pumpen wird der Halbleiter바카라 프로 komplexer, kann jedoch eine größere Auswahl an 바카라 프로ausgangswellenlängen, eine höhere Ausgangsleistung und einen besseren Wirkungsgrad (d. h. eine geringere Wärmeentwicklung) liefern.
Etwas komplexer ist das elektrische Pumpen von Gas바카라 프로n. Gas바카라 프로 bestehen normalerweise aus mehreren Gasen, die in einer 바카라 프로röhre enthalten sind. Mithilfe einer Hochspannung wird innerhalb der 바카라 프로röhre eine Elektronenentladung erzeugt. Diese hochenergetischen Elektronen treffen auf die Gasmoleküle und übertragen ihnen Energie.
Bei CO2-바카라 프로n stoßen die Elektronen mit Stickstoffmolekülen zusammen und regen diese zu Schwingungen an. Diese Stickstoffmoleküle stoßen anschließend mit CO2-Molekülen zusammen und übertragen Energie auf 바카라 프로se CO2-Moleküle, wodurch 바카라 프로e Besetzungsinversion entsteht.
Ein weiteres Beispiel sind Ionen바카라 프로. Bei diesen erzeugt eine Elektronenentladung wiederum Kollisionen mit dem Argon- oder Kryptongas in der 바카라 프로röhre. Bei der ersten Kollision wird das Gas ionisiert. Dann liefern weitere Kollisionen mit den Ionen Energie, um sie in einen angeregten Zustand zu versetzen und eine Besetzungsinversion zu erzeugen.
바카라 프로typ |
Typische Pumpquelle |
Elektrische Ent바카라 프로dung |
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Elektrischer Strom (Dioden바카라 프로), Dioden바카라 프로 (OPSL, VCSEL) |
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Elektrische Ent바카라 프로dung |
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Dioden바카라 프로 |
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Elektrische Ent바카라 프로dung |
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Blitzlampe, Dioden바카라 프로 |
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Festkörper (Nd:YVO 4) 바카라 프로, OPSL |
Resonanzhohlräume
Normalerweise wird ein Resonanzraum (oder Resonator) verwendet, damit die Photonen das Verstärkungsmedium mehrmals durchlaufen, bevor sie den 바카라 프로 verlassen. Dies ist notwendig, um eine brauchbare 바카라 프로leistung zu erzielen, da die Verstärkung bei jedem Durchgang durch das Verstärkungsmedium relativ gering ist. Eine große Ausnahme hiervon ist der Excimer-바카라 프로, der bereits in wenigen Durchgängen eine sehr große Verstärkung bewirkt.
Die einfachste Art von Resonanzraum besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Spiegeln, zwischen denen sich das 바카라 프로verstärkungsmedium befindet. Der hintere Spiegel reflektiert so nahe an 100 % wie möglich. Der vordere Spiegel – der sogenannte Auskoppler – kann je nach Verstärkungsmedium einen Reflexionsgrad von 30 % bis 99 % aufweisen.
Im Betrieb springt das Licht zwischen diesen Spiegeln hin und her und gewinnt bei jedem Durchgang durch das 바카라 프로medium an Intensität. Ein Teil des Lichts verlässt den Resonator durch den Ausgangskoppler. Daher ist die Lichtintensität im Inneren des 바카라 프로resonators immer viel höher als die Intensität des Lichts, das aus dem Gerät austritt.
바카라 프로 Endspiegel weisen häufig eine Krümmung auf, um das Licht räumlich einzuschränken (so wird verhindert, dass Photonen nach mehreren Durchgängen den Resonator verlassen) und um 바카라 프로 Form des Strahls zu definieren.
Grundlagen des 바카라 프로resonators
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Die Hauptelemente eines 바카라 프로resonators. Eine Pumpquelle liefert Energie in ein Verstärkungsmedium, das zwischen Spiegeln platziert ist. Die Spiegel sorgen für eine Rückkopplung, wodurch emittierte Photonen zur Verstärkung mehrmals durch das Verstärkungsmaterial gelangen.
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Ein Resonator mit zwei flachen Spiegeln ist einfach zu konstruieren, reagiert jedoch sehr empfindlich auf Fehlausrichtungen, da diese dazu führen, dass ein Photon nach einer kleinen Anzahl von Durchläufen „abwandert“. Wenn der Resonator jedoch physikalisch klein ist, ist dies kein Problem. Diese Konfiguration wird üblicherweise bei Dioden바카라 프로n verwendet.
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Durch die Konkavität eines oder beider Spiegel wird der Strahl besser auf das Innere des Resonators beschränkt. Außerdem erhält man einen 바카라 프로 mit einem kleinen, gut geformten Strahl. Variationen dieses Resonatordesigns sind bei vielen Festkörper- und Gas바카라 프로n üblich.
In einem Faser바카라 프로 sind die Spiegel häufig hochreflektierende Faser-Bragg-Gitter (FGBs), die direkt in die Faser integriert sind. In diesem Fall begrenzt die Faser selbst den Strahl räumlich und definiert seine Form. Bei Dioden바카라 프로n werden die Spiegel gebildet, indem die Enden des Halbleiterbauelements gespalten und darauf optische Dünnschicht-Beschichtungen aufgebracht werden.
Die einzigartigen Eigenschaften von 바카라 프로licht
바카라 프로 sind in den verschiedensten Anwendungsbereichen zu unverzichtbaren Werkzeugen geworden. Die Wahrheit ist, dass ihre Funktionsprinzipien und Konstruktion einzigartige Strahleigenschaften bieten, die von keiner anderen Technologie dupliziert werden können. Einige der wichtigsten Eigenschaften werden hier beschrieben.
Eigenschaft |
Erläuterung |
Anwendungen |
Kohärenz |
Stimulierte Emission erzeugt Photonen, die alle miteinander in Phase sind. Dies wird als „Kohärenz“ bezeichnet. Dank dieser Eigenschaft kann 바카라 프로licht gut definierte Interferenzstreifenmuster erzeugen. |
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Direktionalität |
Der Mechanismus der stimulierten Emission und die Eigenschaften der meisten 바카라 프로resonatoren führen häufig zu einem stark gerichteten Strahl, der sich nicht schnell über eine Entfernung ausbreitet. |
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Hohe Intensität |
바카라 프로licht kann sehr intensiv sein, da die gesamte 바카라 프로leistung leicht auf einen kleinen Punkt konzentriert (fokussiert) werden kann. |
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Monochromatizität |
Stimulierte Emission erzeugt Photonen, 바카라 프로 alle 바카라 프로selbe einzelne Wellenlänge oder einen sehr engen Wellenlängenbereich haben. |
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Der erste 바카라 프로 wurde 1960 vorgeführt. Er erregte zwar einiges an Interesse und Begeisterung, blieb aber in den ersten Jahren weitgehend eine „Lösung auf der Suche nach einem Problem“. Nach und nach wurden jedoch praktische Anwendungen für den 바카라 프로 entwickelt. Heutzutage sind 바카라 프로 weit verbreitet und in einem außerordentlich vielfältigen Anwendungsspektrum anzutreffen.
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