Mis on laser? Laseri genereerimise põhimõte

Laser on üks inimkonna tähtsamaid leiutisi, mida tuntakse kui "erksamat valgust". Igapäevaelus võime sageli näha erinevaid laserrakendusi, nagu laserilu, laserkeevitus, laser sääsetõrjevahendid jne. Täna saame üksikasjalikult aru laseritest ja nende loomise põhimõtetest.

Mis on laser?

Laser on valgusallikas, mis kasutab laserit spetsiaalse valgusvihu genereerimiseks. Laser genereerib laservalgust, sisestades stimuleeritud kiirguse kaudu materjali välisest valgusallikast või toiteallikast energiat.

Laser on optiline seade, mis koosneb aktiivsest keskkonnast (nagu gaas, tahke aine või vedelik), mis võib valgust võimendada, ja optilisest reflektorist. Laseri aktiivseks keskkonnaks on tavaliselt valitud ja töödeldud materjal ning selle omadused määravad laseri väljundlainepikkuse.

Laserite tekitatud valgusel on mitu ainulaadset omadust:

Esiteks on laserid väga rangete sageduste ja lainepikkustega monokromaatiline valgus, mis suudab rahuldada mõningaid optilisi erivajadusi.

Teiseks on laser koherentne valgus ja valguslainete faas on väga ühtlane, mis suudab säilitada suhteliselt stabiilse valguse intensiivsuse pikkadel vahemaadel.

Kolmandaks on laserid väga kitsaste kiirte ja suurepärase teravustamisvõimega väga suunavalgus, mida saab kasutada kõrge ruumilise eraldusvõime saavutamiseks.

Laser on valgusallikas

Laseri genereerimise põhimõte

Laseri genereerimine hõlmab kolme põhilist füüsikalist protsessi: stimuleeritud kiirgus, spontaanne emissioon ja stimuleeritud neeldumine.

Sstimuleeritud kiirgus

Stimuleeritud kiirgus on laseri genereerimise võti. Kui kõrgel energiatasemel elektron on teise footoni poolt ergastatud, kiirgab ta selle footoni suunas sama energia, sageduse, faasi, polarisatsiooni oleku ja levimissuunaga footoni. Seda protsessi nimetatakse stimuleeritud kiirguseks. See tähendab, et footon võib stimuleeritud kiirguse kaudu "kloonida" identset footoni, saavutades seeläbi valguse võimenduse.

Spontaanne emissioon

Kui aatomi, iooni või molekuli elektron läheb üle kõrgelt energiatasemelt madalale energiatasemele, vabastab see teatud energiahulga footoneid, mida nimetatakse spontaanseks emissiooniks. Selliste footonite emissioon on juhuslik ja emiteeritud footonite vahel puudub koherentsus, mis tähendab, et nende faas, polarisatsiooni olek ja levimissuund on kõik juhuslikud.

Sstimuleeritud imendumine

Kui madalal energiatasemel olev elektron neelab footoni, mille energiataseme erinevus on võrdne tema omaga, võib ta ergastuda kõrgele energiatasemele. Seda protsessi nimetatakse stimuleeritud imendumiseks.

Laserites kasutatakse stimuleeritud kiirgusprotsessi tõhustamiseks tavaliselt kahest paralleelsest peeglist koosnevat resonantsõõnsust. Üks peegel on täielik peegelpeegel ja teine ​​peegel on poolpeegel, mis võimaldab laseri osa läbida.

Laserkeskkonnas olevad footonid peegelduvad edasi-tagasi kahe peegli vahel ning iga peegeldus tekitab stimuleeritud kiirgusprotsessi kaudu rohkem footoneid, saavutades seeläbi valguse võimenduse. Kui valguse intensiivsus teatud määral suureneb, genereeritakse laser läbi poolpeegeldava peegli.