Qu'est-ce qu'un laser? Le principe de la génération laser

Le laser est l'une des inventions importantes de l'humanité, connue sous le nom de «lumière la plus brillante». Dans la vie quotidienne, nous pouvons souvent voir diverses applications laser, telles que la beauté laser, le soudage au laser, les tueurs de moustiques laser, etc. Aujourd'hui, ayons une compréhension détaillée des lasers et des principes derrière leur génération.

Qu'est-ce qu'un laser?

Le laser est une source lumineuse qui utilise un laser pour générer un faisceau de lumière spécial. Un laser génère une lumière laser en entrant de l'énergie à partir d'une source de lumière externe ou d'une source d'alimentation dans le matériau par le processus de rayonnement stimulé.

Un laser est un dispositif optique composé d'un milieu actif (comme le gaz, le solide ou le liquide) qui peut amplifier la lumière et un réflecteur optique. Le milieu actif dans un laser est généralement un matériau sélectionné et traité, et ses caractéristiques déterminent la longueur d'onde de sortie du laser.

La lumière générée par les lasers a plusieurs caractéristiques uniques:

Premièrement, les lasers sont une lumière monochromatique avec des fréquences et des longueurs d'onde très strictes, qui peuvent répondre à certains besoins optiques spéciaux.

Deuxièmement, le laser est une lumière cohérente et la phase des ondes lumineuses est très cohérente, ce qui peut maintenir une intensité de lumière relativement stable sur de longues distances.

Troisièmement, les lasers sont une lumière hautement directionnelle avec des poutres très étroites et une excellente focalisation, qui peuvent être utilisées pour obtenir une résolution spatiale élevée.

Le laser est une source légère

Le principe de la génération laser

La génération de laser implique trois processus physiques de base: le rayonnement stimulé, les émissions spontanées et l'absorption stimulée.

Srayonnement

Le rayonnement stimulé est la clé de la génération laser. Lorsqu'un électron à un niveau d'énergie élevé est excité par un autre photon, il émet un photon avec la même énergie, fréquence, phase, état de polarisation et direction de propagation dans le sens de ce photon. Ce processus est appelé rayonnement stimulé. C'est-à-dire qu'un photon peut «cloner» un photon identique à travers le processus de rayonnement stimulé, atteignant ainsi l'amplification de la lumière.

Sémission pontanée

Lorsqu'un atome, un ion ou une molécule passe d'un niveau d'énergie élevé à un faible niveau d'énergie, il libère des photons d'une certaine quantité d'énergie, qui est appelé émission spontanée. L'émission de ces photons est aléatoire, et il n'y a pas de cohérence entre les photons émis, ce qui signifie que leur phase, leur état de polarisation et leur direction de propagation sont tous aléatoires.

Sabsorption

Lorsqu'un électron à un niveau d'énergie faible absorbe un photon avec une différence de niveau d'énergie égal à la sienne, il peut être excité à un niveau d'énergie élevé. Ce processus est appelé absorption stimulée.

Chez les lasers, une cavité résonante composée de deux miroirs parallèles est généralement utilisée pour améliorer le processus de rayonnement stimulé. Un miroir est un miroir de réflexion total, et l'autre miroir est un miroir de semi-réflexion, qui peut permettre à une partie du laser de passer.

Les photons du milieu laser se reflètent entre deux miroirs, et chaque réflexion produit plus de photons à travers le processus de rayonnement stimulé, atteignant ainsi une amplification de la lumière. Lorsque l'intensité de la lumière augmente dans une certaine mesure, le laser est généré par un miroir semi-réfléchi.