Laser on yksi ihmiskunnan tärkeimmistä keksinnöistä, joka tunnetaan "kirkkaimpana valona". Jokapäiväisessä elämässä näemme usein erilaisia lasersovelluksia, kuten laserkauneudenhoitoa, laserhitsausta, laserhyttysten tappajia ja niin edelleen. Tänään perehdytään lasereihin ja niiden synnyn periaatteisiin yksityiskohtaisesti.
Mikä on laser?
Laser on valonlähde, joka käyttää laseria erityisen valonsäteen tuottamiseen. Laser tuottaa laservaloa syöttämällä energiaa ulkoisesta valonlähteestä tai virtalähteestä materiaaliin stimuloidun säteilyn prosessin avulla.
Laser on optinen laite, joka koostuu valoa vahvistavasta aktiivisesta väliaineesta (kuten kaasusta, kiinteästä aineesta tai nesteestä) ja optisesta heijastimesta. Laserin aktiivinen väliaine on yleensä valittu ja käsitelty materiaali, ja sen ominaisuudet määräävät laserin lähtöaallonpituuden.
Lasereiden tuottamalla valolla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia:
Ensinnäkin laserit ovat monokromaattista valoa, jolla on erittäin tiukat taajuudet ja aallonpituudet, mikä voi täyttää joitakin erityisiä optisia tarpeita.
Toiseksi, laser on koherenttia valoa, ja valoaaltojen vaihe on hyvin tasainen, mikä voi ylläpitää suhteellisen vakaan valon voimakkuuden pitkillä etäisyyksillä.
Kolmanneksi, laserit ovat erittäin suuntaavaa valoa, jolla on erittäin kapeat säteet ja erinomainen fokusointi, ja joita voidaan käyttää korkean spatiaalisen resoluution saavuttamiseen.
Laser on valonlähde
Lasergeneroinnin periaate
Lasersäteen syntymiseen kuuluu kolme fysikaalista perusprosessia: stimuloitu säteily, spontaani emissio ja stimuloitu absorptio.
Sstimuloitu säteily
Stimuloitu säteily on laserin generoinnin avain. Kun korkean energiatason elektroni virittyy toisesta fotonista, se emittoi fotonin, jolla on sama energia, taajuus, vaihe, polarisaatiotila ja etenemissuunta kyseisen fotonin suuntaan. Tätä prosessia kutsutaan stimuloiduksi säteilyksi. Toisin sanoen fotoni voi "kloonata" identtisen fotonin stimuloidun säteilyn prosessin avulla, jolloin saavutetaan valon vahvistuminen.
Sspontaani päästö
Kun atomin, ionin tai molekyylin elektroni siirtyy korkealta energiatasolta matalalle energiatasolle, se vapauttaa tietyn energiamäärän omaavia fotoneja, tätä kutsutaan spontaaniksi emissioksi. Tällaisten fotonien emissio on satunnaista, eikä emittoituneiden fotonien välillä ole koherenssia, mikä tarkoittaa, että niiden vaihe, polarisaatiotila ja etenemissuunta ovat kaikki satunnaisia.
Sstimuloitu imeytyminen
Kun matalalla energiatasolla oleva elektroni absorboi fotonin, jonka energiatasoero on yhtä suuri kuin sen oma, se voi virittäytyä korkealle energiatasolle. Tätä prosessia kutsutaan stimuloiduksi absorptioksi.
Lasereissa käytetään yleensä kahdesta rinnakkaisesta peilistä koostuvaa resonanssionteloa stimuloidun säteilyn tehostamiseksi. Toinen peili on kokonaisheijastuspeili ja toinen puoliheijastuspeili, jotka voivat päästää osan lasersäteilystä läpi.
Laserväliaineen fotonit heijastuvat edestakaisin kahden peilin välillä, ja jokainen heijastus tuottaa lisää fotoneja stimuloidun säteilyn prosessin kautta, jolloin valo vahvistuu. Kun valon intensiteetti kasvaa tiettyyn pisteeseen asti, laser syntyy puoliheijastavan peilin läpi.
Julkaisun aika: 07.12.2023
