Laser er en af menneskehedens vigtigste opfindelser, kendt som "det klareste lys". I dagligdagen kan vi ofte se forskellige laseranvendelser, såsom laserbeauty, lasersvejsning, lasermygbekæmpelse og så videre. I dag vil vi få en detaljeret forståelse af lasere og principperne bag deres generering.
Hvad er en laser?
En laser er en lyskilde, der bruger en laser til at generere en særlig lysstråle. En laser genererer laserlys ved at tilføre energi fra en ekstern lyskilde eller strømkilde til materialet gennem processen med stimuleret stråling.
En laser er en optisk enhed, der består af et aktivt medium (såsom gas, fast stof eller væske), der kan forstærke lys, og en optisk reflektor. Det aktive medium i en laser er normalt et udvalgt og bearbejdet materiale, og dets egenskaber bestemmer laserens udgangsbølgelængde.
Lyset genereret af lasere har flere unikke egenskaber:
For det første er lasere monokromatisk lys med meget strenge frekvenser og bølgelængder, som kan opfylde nogle særlige optiske behov.
For det andet er laser kohærent lys, og lysbølgernes fase er meget ensartet, hvilket kan opretholde en relativt stabil lysintensitet over lange afstande.
For det tredje er lasere meget retningsbestemt lys med meget smalle stråler og fremragende fokusering, som kan bruges til at opnå høj rumlig opløsning.
Laser er en lyskilde
Princippet for lasergenerering
Generering af lasere involverer tre grundlæggende fysiske processer: stimuleret stråling, spontan emission og stimuleret absorption.
Sstimuleret stråling
Stimuleret stråling er nøglen til lasergenerering. Når en elektron med et højt energiniveau exciteres af en anden foton, udsender den en foton med samme energi, frekvens, fase, polarisationstilstand og udbredelsesretning i retning af den pågældende foton. Denne proces kaldes stimuleret stråling. Det vil sige, at en foton kan "klone" en identisk foton gennem processen med stimuleret stråling og derved opnå lysforstærkning.
Sspontan emission
Når et atom, en ion eller et molekyles elektron går fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau, frigiver det fotoner med en vis mængde energi, hvilket kaldes spontan emission. Emissionen af sådanne fotoner er tilfældig, og der er ingen sammenhæng mellem de udsendte fotoner, hvilket betyder, at deres fase, polarisationstilstand og udbredelsesretning alle er tilfældige.
Sstimuleret absorption
Når en elektron med et lavt energiniveau absorberer en foton med en energiforskel lig med dens egen, kan den exciteres til et højt energiniveau. Denne proces kaldes stimuleret absorption.
I lasere bruges et resonant hulrum bestående af to parallelle spejle normalt til at forbedre den stimulerede strålingsproces. Det ene spejl er et totalreflektionsspejl, og det andet spejl er et halvreflektionsspejl, som kan tillade en del af laseren at passere igennem.
Fotonerne i lasermediet reflekteres frem og tilbage mellem to spejle, og hver refleksion producerer flere fotoner gennem den stimulerede strålingsproces, hvorved der opnås lysforstærkning. Når lysintensiteten stiger til en vis grad, genereres en laser gennem et halvreflekterende spejl.
Opslagstidspunkt: 07. dec. 2023
