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激光传感器中的激光是如何形成的?

传感器


激光传感器是一种新型的测量仪表,它由激光器、激光检测器和测量电路组成,利用激光技术进行测量的传感器。它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。光是媒质的粒子(原子或分子)受激辐射产生的,但它必须满足以下条件才能得到。那么,你知道激光传感器中的激光是如何形成的。


什么是激光?

原子受激辐射的光,故名“激光”:原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激光),其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好,亮度更高。

Sentasy对激光传感器中激光形成的三个条件进行了探讨,分别是:


1、激发器的光振荡放大

当工作物质产生受激辐射时,受激辐射在两反射镜之间作一定次数的往返反射,而每次返回时都会经过建立了粒子数反转分布的工作物质,这样将使受激辐射一次又一次地加强。这样几十次、几百次的往返,直致能获得单方向的强度非常集中的激光输出为止。我们把激光在共振腔内的往返放大过程叫做振荡放大。被激发的工作物质中的某些原子受激辐射而放出光子,如果发射方向正好和腔轴线平行,则可能在腔内起放大作用。一部分偏离轴线方向的光子则跑出腔外面而成为一种损耗。若光在来回反射过程中,放大作用克服了各种衰减作用(如共振腔的透射、工作物质对光的散射和吸收等),就形成稳定的光振荡而产生激光,以很好的方向沿轴向输出。

2、激光输出

在共振腔中,反射镜起着反射光束的返振荡作用,从光放大角度来看,反射率越高,光损失越小,放大效果越好。

对输出端透镜反射率要适当选择,若反射率过低,虽然透光率较高,但对腔内光束损失过大,则会影响到振荡器的放大,因此输出必然减弱。

3、粒子数反转

对应于T>0的任意值,只要在,E2>E1就有了N1>N2,这说明处于低能级上的粒子数大于处于高能级上的粒子数。在这种情况下,光吸收是主要的。要实现光的放大,必须使N2>N1,这种不平衡状态分布叫做粒子数反转,可以通过气体放电或光照射等从外界供给能量的方法来获得粒子数反转分布。

下图(a)表示媒质中粒子能级的正常分布,媒质中大部分粒子处在低能级(以黑点表示),只有少数粒子处于高能级(以圆圈表示);下图(b)表示在外界激发的条件下形成了粒子数反转。

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