Какво е лазер? Принципът на лазерното генериране

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

Какво е лазер?

Лазерът е източник на светлина, който използва лазер за генериране на специален лъч светлина. Лазерът генерира лазерна светлина, като въвежда енергия от външен източник на светлина или източник на захранване в материала чрез процеса на стимулирана радиация.

Лазерът е оптично устройство, съставено от активна среда (като газ, твърда или течност), което може да усили светлината и оптичния рефлектор. Активната среда в лазер обикновено е избран и обработен материал и неговите характеристики определят дължината на изходната вълна 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 последователна, което може да поддържа сравнително стабилна интензивност на светлината на дълги разстояния.

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

Лазерът е източник на светлина

Принципът на лазерното генериране

Генерирането на лазер включва три основни физически процеса: стимулирана радиация, спонтанно излъчване и стимулирана абсорбция.

SТимулирано радиация

Стимулираната радиация е ключът към лазерното генериране. Когато електрон на високо ниво на енергия се възбуди 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 стимулирана радиация. Тоест, фотонът може да „клонира“ идентичен фотон чрез процеса на стимулирано излъчване, като по този начин постигне усилване на светлината.

SПонтанен емисия

Когато електронът на атом, йон или молекул преминава от високо енергийно ниво към ниско енергийно ниво, той отделя фотони с определено количество енергия, което се нарича спонтанно излъчване. Емисиите на такива фотони са случайни и няма съгласуваност между излъчваните фотони, което означава, че тяхната фаза, поляризация и посока на разпространение са случайни.

SТимулирана абсорбция

Когато електрон на ниско ниво на енергия абсорбира фотон с разлика в нивото на енергията, равна на собствената си, може да се вълнува до високо ниво на енергия. Този процес се нарича стимулирана абсорбция.

В лазерите обикновено се използва резонансна кухина, съставена от две паралелни огледала за подобряване на стимулирания процесът на излъчване. Едното огледало е общо огледало за отражение, а другото огледало е полуразсъждаващо огледало, което може да позволи на част от лазера да премине.

Фотоните в лазерната среда отразяват напред и назад между две огледала и всяко отражение произвежда повече фотони чрез стимулирания лъчевен процес, като по този начин постига усилване на светлината. Когато интензивността на светлината се увеличи до известна степен, лазерът се генерира чрез полу отразяващо огледало.