专题实务报告雷射自控四甲郭长佑49412049.DOCVIP

專題實務報告~雷射 自控四甲 郭長祐雷射(Laser)乃Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation之簡稱，主要為利用外加能量，轉變成電磁波並將其放大的一種裝置。簡而言之，它是利用一個外加能量，促使發光物質在共振腔內，從基態變成為受激態。隨後處於受激態的發光物質，藉由自發性發射(Spontaneous emission)回到基態，並且放出一個固定能量光子。此光子在共振腔內來回反射，將可以誘發出更多發光物質發射光子。所以在共振腔內，只要經過非常短的時間，就可以產生大量光子形成雷射光束。因此雷射具有同相位、能量密度高與單一波長等特性。 雷射的基本結構 反射鏡中最少有一面是凹面，以確保穩定性 雷射的特性 單色性：一般光源，如太陽、白熾燈炮所發射出來的光線，乃是由許多不同頻率者所組成的，從牛頓以三稜鏡將太陽光散開成帶狀的彩色光譜即可得知。但雷射光的頻率組成範圍卻非常狹窄，以致從外觀看起來，雷射光束的顏色都非常地質純。同時，由於具有單色性，也形成了極佳的相干性。 方向性：意指雷射光有高度的指向性。普通的光源，如常見的燈泡、日光燈管等，其光發散角度都很大，即使光源本身有很高的強度，但向四面八方發散後，很快地就變弱了！可是，對雷射光，一般而言只有 1毫弧度的發散角，看起來就是一條相當平行的光束。而這一特徵，就成為雷射光應用在 高亮度：發光能力是選擇光源的重要參考指標；亮度即為其中之一。單位面積及單位立體角所輻射出的功率大小。太陽光的亮度約為103瓦／（厘米2立角）之量級，而普通的1mW氦氖雷射之亮度，卻可高達$105瓦／（厘米2立體角）。若是用大功率的脈衝雷射，更可高達1014~ 1017瓦／（厘米2立體角），相差1011倍以上！（故使用雷射時，不可使眼睛: I級:無危險性之雷射，例如0.4MW之半導體雷射。II級:1MW之氦氖氣體雷射。III級:IIIA級為中強度雷射，例如1到5MW之氦氖氣體雷射。 IIIB級為中強度雷射，例如5到500MW之氬離子氣體雷射。IV級:決定是否能形成干涉。普通光源的相干性是極差的，所以是很難看到干涉現象的，而雷射光卻不然，它有高度的相干性，很容易就能得到干涉結果。也就因此推動了干涉量測的發展，及與干涉相關連的全像攝影術和 雷射的分類 按波長分類：可分為紫外線雷射、可見光雷射及紅外線雷射等三種。按介質物態分類：可分為氣態雷射、液態雷射固態雷射等種。 按輸出功率分類：高功率雷射、中功率雷射及低功率雷射等三種。gas-laser）有二氧化碳雷射，氦氖雷射，及氬離子雷射等三種。二氧化碳輸出功率較大，常使用在金屬焊接，熱處理，鑽孔及切割等程序上。氦氖雷射所需的電流低，常使用在雷射印表機上及電腦中的光記憶元件。氬離子雷射所需的電流較大，處理較困難，主要是應用在醫院的手術及半導體材料的處理程序上。第一部問世的氣體雷射是氦氖雷射此類雷射都用晶體或玻璃為介質，前者製造困難價格較高。固體雷射都是脈衝式，一方面是因為閃光燈大多是脈衝式（亦有連續波式的）；另一方面是因為固體冷卻較慢，如在連續波式操作下容易破裂損壞。固體雷射因密度較大，所用之晶體長約二至十公分。最常見的固體雷射有紅寶石雷射、釹晶體雷射及釹玻璃雷射紅寶石雷射世上第一具雷射，其歷史價值相當重要。範例：由雷射棒聚集大量的能量而放射出 放大的雷射光，經透鏡的作用而聚焦於加 工物上，以熔解或蒸發的方式來進行切削 工作。 液態雷射：氣體雷射的缺點為密度太小，以致體積太大；而固體雷射因晶體的製造困難，又容易破裂。而液體沒有這種缺點。但是液體雷射卻很少，因為找不到適當的材料。除了染料雷射因有其獨特的特性外，其他液體雷射可說是沒有任何用處。溶解在水或其他溶劑中的染料，在以光照激發後，得以成為雷射介質。每一種染料，在以適當的波長激發後，可以在某一範圍內調變它輸出的雷射波長，並且更換不同的染料及激發光源，雷射輸出波長可包含全部可見光及其附近的紫外線和紅外線，在基礎科學研究上極具價值。前述的離子雷射原本是染料雷射的最佳激發光源，現在又有倍頻的固態晶體雷射可取而代之。semiconductor-laser）的結構如圖所示，為一種滲有高濃度雜質的特殊發光二極體。由Ｎ型的砷化鎵GaAs與鋅擴散的P層所組成。雷射光則從空乏區放射出來，因為所放射光的強度很弱，所以在使用前必須先予以增強。半導體雷射常使用在情報通信，測距裝置，瞄準裝置和警報系統中。音響中的雷射唱盤，就是使用雷射二極體為光源。 正（P）型與負（N）型半導體接觸時，在接觸面附近會形成空乏區。若對Ｐ型和Ｎ型側各施以正和負偏壓，則可驅趕電洞和電子進入空乏區，電洞和電子的結合會釋出能量並導通電流。因為電子和電洞分居高和低能級，偏壓就