Какво е лазер? Принципът на лазерно генериране

Лазерът е едно от важните изобретения на човечеството, известно като „най-ярката светлина“. В ежедневието често можем да видим различни приложения на лазера, като например лазерна козметика, лазерно заваряване, лазерни убийци на комари и т.н. Днес нека разгледаме подробно лазерите и принципите, на които те са генерирани.

Какво е лазер?

Лазерът е източник на светлина, който използва лазер, за да генерира специален светлинен лъч. Лазерът генерира лазерна светлина, като въвежда енергия от външен източник на светлина или захранване 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, а неговите характеристики определят дължината на вълната на изхода на лазера.

Светлината, генерирана от лазери, има няколко уникални характеристики:

Първо, лазерите са монохроматична светлина с много строги честоти и дължини на вълните, което може да отговори на някои специални оптични нужди.

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

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

Лазерът е източник на светлина

Принципът на лазерното генериране

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

Sстимулирана радиация

Стимулираното лъчение е ключът към генерирането на лазери. Когато електрон на високо енергийно ниво е възбуден от друг фотон, той излъчва фотон със същата енергия, честота, фаза, състояние на поляризация и посока на разпространение в посока на този фотон. Този процес се нарича стимулирано лъчение. Тоест, един фотон може да „клонира“ идентичен фотон чрез процеса на стимулирано лъчение, като по този начин постига усилване на светлината.

Sспонтанно 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 произволни.

Sстимулирана абсорбция

Когато електрон на 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 подобри процеса на стимулирано излъчване. Едното огледало е огледало за пълно отражение, а другото е полуотражателно, което позволява преминаването на част от лазера.

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