Mikä on laser? Lasergeneroinnin periaate

Laser on yksi ihmiskunnan tärkeimmistä keksinnöistä, joka tunnetaan "kirkkaimpana valona". Jokapäiväisessä elämässä voimme usein nähdä erilaisia ​​lasersovelluksia, kuten laserkauneutta, laserhitsausta, laserhyttysten tappajia ja niin edelleen. Tänään tutustutaan yksityiskohtaisesti lasereihin ja niiden sukupolven taustalla oleviin periaatteisiin.

Mikä on laser?

Laser on valonlähde, joka tuottaa laserilla erityisen valonsäteen. Laser tuottaa laservaloa syöttämällä energiaa ulkoisesta valonlähteestä tai virtalähteestä materiaaliin stimuloidun säteilyn kautta.

Laser on optinen laite, joka koostuu aktiivisesta väliaineesta (kuten kaasusta, kiinteästä aineesta tai nesteestä), joka voi vahvistaa valoa, ja optisesta heijastimesta. Laserin aktiivinen väliaine on yleensä valittu ja käsitelty materiaali, jonka ominaisuudet määräävät laserin lähtöaallonpituuden.

Lasereiden tuottamalla valolla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia:

Ensinnäkin laserit ovat monokromaattista valoa, jolla on erittäin tiukat taajuudet ja aallonpituudet, jotka voivat täyttää joitakin erityisiä optisia tarpeita.

Toiseksi laser on koherenttia valoa, ja valoaaltojen vaihe on hyvin johdonmukainen, mikä voi ylläpitää suhteellisen vakaan valon intensiteetin pitkiä matkoja.

Kolmanneksi laserit ovat erittäin suuntautuvaa valoa, jolla on erittäin kapeat säteet ja erinomainen tarkennus, jolla voidaan saavuttaa korkea spatiaalinen resoluutio.

Laser on valonlähde

Lasergeneroinnin periaate

Laserin tuottaminen sisältää kolme fyysistä perusprosessia: stimuloitu säteily, spontaani emissio ja stimuloitu absorptio.

Sstimuloitu säteily

Stimuloitu säteily on avain lasertuotantoon. Kun korkealla energiatasolla oleva elektroni viritetään toisella fotonilla, 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 kautta, jolloin saadaan aikaan valon vahvistus.

Spontaani päästö

Kun atomin, ionin tai molekyylin elektroni siirtyy korkealta energiatasolta alhaiselle energiatasolle, se vapauttaa tietyn energiamäärän fotoneja, jota 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 alhaisella energiatasolla oleva elektroni absorboi fotonin, jonka energiatasoero on yhtä suuri kuin omansa, se voidaan virittää korkealle energiatasolle. Tätä prosessia kutsutaan stimuloiduksi absorptioksi.

Lasereissa käytetään yleensä kahdesta rinnakkaisesta peilistä koostuvaa resonanssionteloa tehostamaan stimuloitua säteilyprosessia. Yksi peili on täydellinen heijastuspeili ja toinen peili on puoliheijastuspeili, joka voi päästää osan laserista läpi.

Lasermediassa olevat fotonit heijastavat edestakaisin kahden peilin välillä, ja jokainen heijastus tuottaa lisää fotoneja stimuloidun säteilyprosessin kautta, jolloin saadaan aikaan valon vahvistuminen. Kun valon intensiteetti kasvaa tietyssä määrin, laser syntyy puoliheijastavan peilin kautta.