Mis on laser? Laseri genereerimise põhimõte

Laser on üks inimkonna olulisi leiutisi, mida tuntakse kui „kõige eredamat valgust“. Igapäevaelus näeme sageli mitmesuguseid laserirakendusi, näiteks laserilu, laserkeevitus, lasersääsetõrje jne. Täna vaatame lasereid ja nende genereerimise põhimõtteid üksikasjalikumalt.

Mis on laser?

Laser on valgusallikas, mis kasutab laserit spetsiaalse valguskiire genereerimiseks. Laser tekitab laservalgust, suunates materjali välise valgusallika või toiteallika energiat stimuleeritud kiirguse protsessi kaudu.

Laser on optiline seade, mis koosneb aktiivsest keskkonnast (näiteks gaasist, tahkest ainest või vedelikust), mis suudab valgust võimendada, ja optilisest helkurist. Laseri aktiivne keskkond on tavaliselt valitud ja töödeldud materjal ning selle omadused määravad laseri väljundlainepikkuse.

Laseri tekitatud valgusel on mitu ainulaadset omadust:

Esiteks on laserid monokromaatilised valgused väga rangete sageduste ja lainepikkustega, mis võivad rahuldada mõningaid erilisi optilisi vajadusi.

Teiseks on laser koherentne valgus ja valguslainete faas on väga ühtlane, mis võimaldab säilitada suhteliselt stabiilset valgusintensiivsust pikkade vahemaade tagant.

Kolmandaks, laserid on väga suunatud valgus, millel on väga kitsad kiired ja suurepärane fokuseerimine, mida saab kasutada suure ruumilise eraldusvõime saavutamiseks.

Laser on valgusallikas

Laseri genereerimise põhimõte

Laserkiirguse genereerimine hõlmab kolme peamist füüsikalist protsessi: stimuleeritud kiirgust, spontaanset emissiooni ja stimuleeritud neeldumist.

Sstimuleeritud kiirgus

Stimuleeritud kiirgus on laserkiire genereerimise võti. Kui kõrge energiatasemega elektron ergastab teist footonit, kiirgab see footonit, millel on sama energia, sagedus, faas, polarisatsiooniseisund ja levimissuund selle footoni suunas. Seda protsessi nimetatakse stimuleeritud kiirguseks. See tähendab, et footon saab stimuleeritud kiirguse abil "kloonida" identse footoni, saavutades seeläbi valguse võimendamise.

Sspontaanne emissioon

Kui aatomi, iooni või molekuli elektron liigub kõrgelt energiatasemelt madalale energiatasemele, vabastab see teatud energiahulgaga footoneid, mida nimetatakse spontaanseks emissiooniks. Selliste footonite emissioon on juhuslik ja kiiratud footonite vahel puudub koherentsus, mis tähendab, et nende faas, polarisatsiooniseisund ja levimissuund on kõik juhuslikud.

Sstimuleeritud imendumine

Kui madala energiatasemega elektron neelab footoni, mille energiatasemete vahe on võrdne tema omaga, saab seda ergastada kõrge energiatasemeni. Seda protsessi nimetatakse stimuleeritud neeldumiseks.

Laserites kasutatakse stimuleeritud kiirgusprotsessi võimendamiseks tavaliselt kahest paralleelsest peeglist koosnevat resonantsõõnsust. Üks peegel on täispeegel ja teine ​​poolpeegel, mis laseb läbi osa laserkiirest.

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