Cos'è un laser? Il principio della generazione laser

Il laser è una delle invenzioni più importanti dell'umanità, conosciuta come la "luce più brillante". Nella vita quotidiana, possiamo spesso vedere varie applicazioni laser, come la bellezza del laser, la saldatura laser, gli assassini di zanzare laser e così via. Oggi comprendiamo in dettaglio i laser e i principi alla base della loro generazione.

Cos'è un laser?

Il laser è una sorgente luminosa che utilizza un laser per generare uno speciale raggio di luce. Un laser genera luce laser immettendo energia da una sorgente luminosa esterna o da una fonte di alimentazione nel materiale attraverso il processo di radiazione stimolata.

Un laser è un dispositivo ottico composto da un mezzo attivo (come gas, solido o liquido) in grado di amplificare la luce e un riflettore ottico. Il mezzo attivo in un laser è solitamente un materiale selezionato e lavorato e le sue caratteristiche determinano la lunghezza d'onda di uscita del laser.

La luce generata dai laser ha diverse caratteristiche uniche:

In primo luogo, i laser sono luce monocromatica con frequenze e lunghezze d'onda molto rigide, che possono soddisfare alcune esigenze ottiche speciali.

In secondo luogo, il laser è una luce coerente e la fase delle onde luminose è molto coerente, il che può mantenere un'intensità della luce relativamente stabile su lunghe distanze.

In terzo luogo, i laser sono luce altamente direzionale con fasci molto stretti e un'eccellente focalizzazione, che può essere utilizzata per ottenere un'elevata risoluzione spaziale.

Il laser è una sorgente luminosa

Il principio della generazione laser

La generazione del laser coinvolge tre processi fisici fondamentali: radiazione stimolata, emissione spontanea e assorbimento stimolato.

Sradiazione timolata

La radiazione stimolata è la chiave per la generazione del laser. Quando un elettrone ad alto livello energetico viene eccitato da un altro fotone, emette un fotone con la stessa energia, frequenza, fase, stato di polarizzazione e direzione di propagazione nella direzione di quel fotone. Questo processo è chiamato radiazione stimolata. Vale a dire, un fotone può “clonare” un fotone identico attraverso il processo di radiazione stimolata, ottenendo così un’amplificazione della luce.

Semissione spontanea

Quando l'elettrone di un atomo, ione o molecola passa da un livello energetico elevato a un livello energetico basso, rilascia fotoni di una certa quantità di energia, chiamata emissione spontanea. L'emissione di tali fotoni è casuale e non c'è coerenza tra i fotoni emessi, il che significa che la loro fase, lo stato di polarizzazione e la direzione di propagazione sono tutti casuali.

Sassorbimento stimolato

Quando un elettrone a basso livello energetico assorbe un fotone con una differenza di livello energetico pari alla sua, può essere eccitato ad un livello energetico elevato. Questo processo è chiamato assorbimento stimolato.

Nei laser viene solitamente utilizzata una cavità risonante composta da due specchi paralleli per potenziare il processo di radiazione stimolata. Uno specchio è uno specchio a riflessione totale e l'altro specchio è uno specchio a semiriflessione, che può consentire il passaggio di una parte del laser.

I fotoni nel mezzo laser si riflettono avanti e indietro tra due specchi e ogni riflessione produce più fotoni attraverso il processo di radiazione stimolata, ottenendo così l'amplificazione della luce. Quando l'intensità della luce aumenta di una certa misura, il laser viene generato attraverso uno specchio semiriflettente.