Какво е лазер? Принципът на лазерното генериране

Лазерът е едно от най-важните изобретения на човечеството, известно като „най-ярката светлина“. В ежедневието често можем да видим различни лазерни приложения, като лазерна красота, лазерно заваряване, лазерни унищожители на комари и т.н. Днес нека имаме подробно разбиране за лазерите и принципите на тяхното генериране.

Какво е лазер?

Лазерът е източник на светлина, който използва лазер за генериране на специален лъч светлина. Лазерът генерира лазерна светлина чрез вкарване на енергия от външен източник на светлина или източник на енергия в материала чрез процеса на стимулирано лъчение.

Лазерът е оптично устройство, съставено от активна среда (като газ, твърдо вещество или течност), която може да усилва светлината, и оптичен рефлектор. Активната среда в лазера обикновено е избран и обработен материал и неговите характеристики определят изходната дължина на вълната на лазера.

Генерираната от лазерите светлина има няколко уникални характеристики:

Първо, лазерите са монохроматична светлина с много стриктни честоти и дължини на вълните, които могат да отговорят на някои специални оптични нужди.

Второ, лазерът е кохерентна светлина и фазата на светлинните вълни е много постоянна, което може да поддържа относително стабилен интензитет на светлината на големи разстояния.

Трето, лазерите са силно насочена светлина с много тесни лъчи и отлично фокусиране, което може да се използва за постигане на висока пространствена разделителна способност.

Лазерът е източник на светлина

Принципът на генериране на лазер

Генерирането на лазер включва три основни физически процеса: стимулирано излъчване, спонтанно излъчване и стимулирано поглъщане.

Sстимулирано излъчване

Стимулираното лъчение е ключът към генерирането на лазер. Когато електрон с високо енергийно ниво се възбуди от друг фотон, той излъчва фотон със същата енергия, честота, фаза, състояние на поляризация и посока на разпространение в посоката на този фотон. Този процес се нарича стимулирано лъчение. С други думи, един фотон може да „клонира“ идентичен фотон чрез процеса на стимулирано излъчване, като по този начин се постигне усилване на светлината.

Sпонтантно излъчване

Когато електронът на атом, йон или молекула премине от високо енергийно ниво към ниско енергийно ниво, той освобождава фотони с определено количество енергия, което се нарича спонтанно излъчване. Излъчването на такива фотони е произволно и няма кохерентност между излъчените фотони, което означава, че тяхната фаза, състояние на поляризация и посока на разпространение са случайни.

Sстимулирано усвояване

Когато електрон с ниско енергийно ниво абсорбира фотон с разлика в енергийните нива, равна на неговата собствена, той може да бъде възбуден до високо енергийно ниво. Този процес се нарича стимулирана абсорбция.

В лазерите обикновено се използва резонансна кухина, съставена от две успоредни огледала, за да се засили процеса на стимулирано излъчване. Едното огледало е огледало с пълно отражение, а другото огледало е огледало с полуотражение, което може да позволи на част от лазера да премине през него.

Фотоните в лазерната среда се отразяват напред-назад между две огледала и всяко отражение произвежда повече фотони чрез процеса на стимулирано излъчване, като по този начин се постига усилване на светлината. Когато интензитетът на светлината се увеличи до известна степен, лазерът се генерира чрез полуотразяващо огледало.