Co je to laser? Princip generace laseru

Laser je jedním z důležitých vynálezů lidstva, známého jako „nejjasnější světlo“. V každodenním životě můžeme často vidět různé laserové aplikace, jako je laserová krása, laserové svařování, laserové zabijáky komárů atd. Dnes pojďme podrobně porozumět laserům a principům jejich generace.

Co je to laser?

Laser je světelný zdroj, který používá laser k vytvoření speciálního paprsku světla. Laser generuje lasingové světlo zadáváním energie z externího světelného zdroje nebo zdroje energie do materiálu procesem stimulovaného záření.

Laser je optické zařízení složené z aktivního média (jako je plyn, pevná látka nebo kapalina), které může zesílit světlo a optický reflektor. Aktivní médium v ​​laseru je obvykle vybraný a zpracovaný materiál a jeho vlastnosti určují výstupní vlnovou délku laseru.

Světlo generované lasery má několik jedinečných vlastností:

Za prvé, lasery jsou monochromatické světlo s velmi přísnými frekvencemi a vlnovými délkami, které mohou uspokojit některé zvláštní optické potřeby.

Za druhé, laser je koherentní světlo a fáze světelných vln je velmi konzistentní, což může udržovat relativně stabilní intenzitu světla na velké vzdálenosti.

Zatřetí, lasery jsou vysoce směrové světlo s velmi úzkými paprsky a vynikajícím zaostřením, které lze použít k dosažení vysokého prostorového rozlišení.

Laser je světelný zdroj

Princip generace laseru

Generování laseru zahrnuje tři základní fyzické procesy: stimulované záření, spontánní emise a stimulovaná absorpce.

STimulované záření

Stimulované záření je klíčem k tvorbě laseru. Když je elektron na vysoké úrovni energie vzrušený jiným fotonem, vyzařuje foton se stejnou energií, frekvencí, fází, polarizačním stavem a směrem šíření ve směru tohoto fotonu. Tento proces se nazývá stimulované záření. To znamená, že foton může „klonovat“ stejný foton procesem stimulovaného záření, čímž se dosáhne amplifikace světla.

SPontánní emise

Když elektronové atomové, iontové nebo molekuly přecházejí z vysoké úrovně energie na nízkou hladinu energie, uvolňuje fotony určitého množství energie, což se nazývá spontánní emise. Emise takových fotonů je náhodná a mezi emitovanými fotony neexistuje žádná koherence, což znamená, že jejich fáze, stav polarizace a směr šíření jsou náhodné.

STimulované absorpce

Když elektron při nízké energetické hladině absorbuje foton s rozdílem v energetické úrovni rovný jeho vlastní, může být nadšený vysokou energetickou hladinou. Tento proces se nazývá stimulovaná absorpce.

V laserech se pro zvýšení stimulovaného radiačního procesu obvykle používá rezonanční dutina složená ze dvou paralelních zrcadel. Jedno zrcadlo je úplné odrazové zrcadlo a druhé zrcadlo je polo odrazové zrcadlo, které může umožnit projít část laseru.

Fotony v laserovém médiu odrážejí tam a zpět mezi dvěma zrcadly a každá odraz produkuje více fotonů prostřednictvím stimulovaného radiačního procesu, čímž se dosahuje amplifikace světla. Když se intenzita světla do jisté míry zvyšuje, laser je generován semifikačním zrcadlem.