Der Laser ist eine der wichtigsten Erfindungen der Menschheit und wird auch als „hellstes Licht“ bezeichnet. Im täglichen Leben können wir oft verschiedene Laseranwendungen sehen, wie zum Beispiel Laserschönheit, Laserschweißen, Lasermückenvernichter und so weiter. Lassen Sie uns heute ein detailliertes Verständnis der Laser und der Prinzipien ihrer Entstehung erlangen.
Was ist ein Laser?
Laser ist eine Lichtquelle, die mithilfe eines Lasers einen speziellen Lichtstrahl erzeugt. Ein Laser erzeugt Laserlicht, indem er durch stimulierte Strahlung Energie von einer externen Lichtquelle oder Stromquelle in das Material einspeist.
Ein Laser ist ein optisches Gerät, das aus einem aktiven Medium (z. B. Gas, Feststoff oder Flüssigkeit), das Licht verstärken kann, und einem optischen Reflektor besteht. Das aktive Medium in einem Laser ist normalerweise ein ausgewähltes und verarbeitetes Material, dessen Eigenschaften die Ausgangswellenlänge des Lasers bestimmen.
Das von Lasern erzeugte Licht weist mehrere einzigartige Eigenschaften auf:
Erstens handelt es sich bei Lasern um monochromatisches Licht mit sehr strengen Frequenzen und Wellenlängen, das einige spezielle optische Anforderungen erfüllen kann.
Zweitens ist Laser kohärentes Licht und die Phase der Lichtwellen ist sehr konstant, wodurch die Lichtintensität über große Entfernungen relativ stabil aufrechterhalten werden kann.
Drittens handelt es sich bei Lasern um stark gerichtetes Licht mit sehr schmalen Strahlen und hervorragender Fokussierung, mit dem sich eine hohe räumliche Auflösung erzielen lässt.
Laser ist eine Lichtquelle
Das Prinzip der Lasererzeugung
Die Lasererzeugung umfasst drei grundlegende physikalische Prozesse: stimulierte Strahlung, spontane Emission und stimulierte Absorption.
Sstimulierte Strahlung
Stimulierte Strahlung ist der Schlüssel zur Lasererzeugung. Wenn ein Elektron auf einem hohen Energieniveau von einem anderen Photon angeregt wird, emittiert es ein Photon mit derselben Energie, Frequenz, Phase, demselben Polarisationszustand und derselben Ausbreitungsrichtung in Richtung dieses Photons. Dieser Vorgang wird stimulierte Strahlung genannt. Das heißt, ein Photon kann durch den Prozess der stimulierten Strahlung ein identisches Photon „klonen“ und so eine Lichtverstärkung erreichen.
Sspontane Emission
Wenn das Elektron eines Atoms, Ions oder Moleküls von einem hohen Energieniveau auf ein niedriges Energieniveau übergeht, setzt es Photonen mit einer bestimmten Energiemenge frei, was als spontane Emission bezeichnet wird. Die Emission solcher Photonen ist zufällig und es besteht keine Kohärenz zwischen den emittierten Photonen, was bedeutet, dass ihre Phase, ihr Polarisationszustand und ihre Ausbreitungsrichtung alle zufällig sind.
Sstimulierte Absorption
Wenn ein Elektron auf einem niedrigen Energieniveau ein Photon mit einem Energieniveauunterschied gleich seinem eigenen absorbiert, kann es auf ein hohes Energieniveau angeregt werden. Dieser Vorgang wird als stimulierte Absorption bezeichnet.
Bei Lasern wird üblicherweise ein Resonanzhohlraum aus zwei parallelen Spiegeln verwendet, um den Prozess der stimulierten Strahlung zu verstärken. Ein Spiegel ist ein Totalreflexionsspiegel und der andere Spiegel ist ein Halbreflexionsspiegel, der einen Teil des Lasers durchlassen kann.
Die Photonen im Lasermedium werden zwischen zwei Spiegeln hin und her reflektiert, und jede Reflexion erzeugt durch den Prozess der stimulierten Strahlung mehr Photonen, wodurch eine Lichtverstärkung erreicht wird. Wenn die Lichtintensität auf ein bestimmtes Maß ansteigt, wird durch einen halbreflektierenden Spiegel Laser erzeugt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.12.2023
