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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,利用激光技術進行測量的傳感器。它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。光是媒質的粒子(原子或分子)受激輻射產生的,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)出來的光子束(激光),其中的光子光學特性高度一致。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、激發器的光振蕩放大

當工作物質產生受激輻射時,受激輻射在兩反射鏡之間作一定次數的往返反射,而每次返回時都會經過建立了粒子數反轉分布的工作物質,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的往返放大過程叫做振蕩放大。被激發的工作物質中的某些原子受激輻射而放出光子,如果發射方向正好和腔軸線平行,則可能在腔內起放大作用。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、工作物質對光的散射和吸收等),就形成穩定的光振蕩而產生激光,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選擇,若反射率過低,雖然透光率較高,但對腔內光束損失過大,則會影響到振蕩器的放大,因此輸出必然減弱。

3、粒子數反轉

對應于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大于處于高能級上的粒子數。在這種情況下,光吸收是主要的。要實現光的放大,必須使N2>N1,這種不平衡狀態分布叫做粒子數反轉,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反轉分布。

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

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