Τι είναι το λέιζερ; Η αρχή της παραγωγής λέιζερ

Το λέιζερ είναι μία από τις σημαντικές εφευρέσεις της ανθρωπότητας, γνωστές ως "φωτεινότερο φως". Στην καθημερινή ζωή, μπορούμε συχνά να βλέπουμε διάφορες εφαρμογές λέιζερ, όπως ομορφιά λέιζερ, συγκόλληση με λέιζερ, δολοφόνους κουνουπιών λέιζερ κ.ο.κ. Σήμερα, ας έχουμε μια λεπτομερή κατανόηση των λέιζερ και τις αρχές πίσω από τη γενιά τους.

Τι είναι το λέιζερ;

Το λέιζερ είναι μια πηγή φωτός που χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να δημιουργήσει μια ειδική δέσμη φωτός. Ένα λέιζερ δημιουργεί φως λέιζερ εισάγοντας ενέργεια από μια εξωτερική πηγή φωτός ή πηγή τροφοδοσίας στο υλικό μέσω της διαδικασίας διεγερμένης ακτινοβολίας.

Ένα λέιζερ είναι μια οπτική συσκευή που αποτελείται από ένα ενεργό μέσο (όπως αέριο, στερεό ή υγρό) που μπορεί να ενισχύσει το φως και έναν οπτικό ανακλαστήρα. Το ενεργό μέσο σε ένα λέιζερ είναι συνήθως ένα επιλεγμένο και επεξεργασμένο υλικό και τα χαρακτηριστικά του καθορίζουν το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ.

Το φως που παράγεται από τα λέιζερ έχει πολλά μοναδικά χαρακτηριστικά:

Πρώτον, τα λέιζερ είναι μονοχρωματικό φως με πολύ αυστηρές συχνότητες και μήκη κύματος, τα οποία μπορούν να καλύψουν κάποιες ειδικές οπτικές ανάγκες.

Δεύτερον, το λέιζερ είναι συνεκτικό φως και η φάση των φωτεινών κυμάτων είναι πολύ συνεπής, η οποία μπορεί να διατηρήσει σχετικά σταθερή ένταση φωτός σε μεγάλες αποστάσεις.

Τρίτον, τα λέιζερ είναι εξαιρετικά κατευθυντικό φως με πολύ στενές δοκούς και εξαιρετική εστίαση, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη υψηλής χωρικής ανάλυσης.

Το λέιζερ είναι μια πηγή φωτός

Η αρχή της παραγωγής λέιζερ

Η παραγωγή λέιζερ περιλαμβάνει τρεις βασικές φυσικές διεργασίες: διεγερμένη ακτινοβολία, αυθόρμητη εκπομπή και διεγερμένη απορρόφηση.

Sχρονική ακτινοβολία

Η διεγερμένη ακτινοβολία είναι το κλειδί για την παραγωγή λέιζερ. Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε επίπεδο υψηλής ενέργειας διεγείρεται από ένα άλλο φωτόνιο, εκπέμπει ένα φωτόνιο με την ίδια ενέργεια, συχνότητα, φάση, κατάσταση πόλωσης και κατεύθυνση διάδοσης προς την κατεύθυνση αυτού του φωτονίου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διεγερμένη ακτινοβολία. Δηλαδή, ένα φωτόνιο μπορεί να "κλωνοποιήσει" ένα πανομοιότυπο φωτόνιο μέσω της διαδικασίας διεγερμένης ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας έτσι την ενίσχυση του φωτός.

Sκηλίδα εκπομπής

Όταν ένα άτομο άτομο, ιόν ή μόριο μεταβαίνει από ένα επίπεδο υψηλής ενέργειας σε χαμηλό επίπεδο ενέργειας, απελευθερώνει φωτόνια μιας ορισμένης ποσότητας ενέργειας, η οποία ονομάζεται αυθόρμητη εκπομπή. Η εκπομπή τέτοιων φωτονίων είναι τυχαία και δεν υπάρχει συνοχή μεταξύ των εκπεμπόμενων φωτονίων, που σημαίνει ότι η φάση, η κατάσταση πόλωσης και η κατεύθυνση διάδοσης είναι όλα τυχαία.

Sχρονική απορρόφηση

Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε χαμηλό επίπεδο ενέργειας απορροφά ένα φωτόνιο με διαφορά ενεργειακής στάθμης ίση με τη δική του, μπορεί να διεγερθεί σε υψηλό επίπεδο ενέργειας. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διεγερμένη απορρόφηση.

Στα λέιζερ, συνήθως χρησιμοποιείται μια συντονισμένη κοιλότητα που αποτελείται από δύο παράλληλους καθρέφτες για την ενίσχυση της διεγερμένης διαδικασίας ακτινοβολίας. Ένας καθρέφτης είναι ένας συνολικός καθρέφτης αντανάκλασης και ο άλλος καθρέφτης είναι ένας ημι -αντανάκλαση καθρέφτη, ο οποίος μπορεί να επιτρέψει σε ένα τμήμα του λέιζερ να περάσει.

Τα φωτόνια στο μέσο λέιζερ αντανακλούν εμπρός και πίσω μεταξύ δύο καθρέφτη και κάθε αντανάκλαση παράγει περισσότερα φωτόνια μέσω της διεγερμένης διαδικασίας ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας έτσι την ενίσχυση του φωτός. Όταν η ένταση του φωτός αυξάνεται σε κάποιο βαθμό, το λέιζερ παράγεται μέσω ενός ημι -αντανακλαστικού καθρέφτη.