Co je laser? Princip generování laseru

Laser je jedním z důležitých vynálezů lidstva, známý jako „nejjasnější světlo“. V každodenním životě můžeme často vidět různé laserové aplikace, jako je laserová krása, laserové svařování, laserové hubiče komárů a tak dále. Pojďme dnes podrobně porozumět laserům a principům jejich vytváření.

Co je to laser?

Laser je světelný zdroj, který využívá laser ke generování speciálního paprsku světla. Laser generuje laserové světlo vložením energie z vnějšího zdroje světla nebo zdroje energie do materiálu prostřednictvím procesu stimulovaného záření.

Laser je optické zařízení složené z aktivního média (jako je plyn, pevná látka nebo kapalina), které může zesilovat světlo, a optického reflektoru. Aktivním prostředím v laseru je obvykle vybraný a zpracovaný materiál a jeho charakteristiky 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 splňovat některé speciální 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.

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

Laser je zdroj světla

Princip generování laseru

Generování laseru zahrnuje tři základní fyzikální procesy: stimulované záření, spontánní emise a stimulovanou absorpci.

Sstimulované záření

Stimulované záření je klíčem ke generaci laseru. Když je elektron na vysoké energetické hladině excitován jiným fotonem, emituje foton se stejnou energií, frekvencí, fází, stavem polarizace a směrem šíření ve směru tohoto fotonu. Tento proces se nazývá stimulované záření. To znamená, že foton může „klonovat“ identický foton prostřednictvím procesu stimulovaného záření, čímž se dosáhne zesílení světla.

Spontánní emise

Když elektron atomu, iontu nebo molekuly přechází z hladiny s vysokou energií na hladinu s nízkou energií, uvolňuje fotony o určitém množství energie, což se nazývá spontánní emise. Emise takových fotonů je náhodná a mezi emitovanými fotony není žádná koherence, což znamená, že jejich fáze, stav polarizace a směr šíření jsou všechny náhodné.

Sstimulovaná absorpce

Když elektron na nízké energetické hladině pohltí foton s rozdílem energetických hladin rovným jeho vlastnímu, může být excitován na vysokou energetickou hladinu. Tento proces se nazývá stimulovaná absorpce.

U laserů se obvykle používá rezonanční dutina složená ze dvou rovnoběžných zrcadel pro zesílení procesu stimulovaného záření. Jedno zrcadlo je zrcadlo s úplným odrazem a druhé zrcadlo je poloodrazové zrcadlo, které může umožnit průchod části laseru.

Fotony v laserovém médiu se odrážejí tam a zpět mezi dvěma zrcadly a každý odraz produkuje více fotonů prostřednictvím procesu stimulovaného záření, čímž se dosáhne zesílení světla. Když se intenzita světla do určité míry zvýší, laser je generován přes poloodrazové zrcadlo.