Cos'è un laser? Il principio della generazione laser

Il laser è una delle importanti invenzioni dell'umanità, nota come "luce più luminosa". Nella vita quotidiana, spesso possiamo vedere varie applicazioni laser, come la bellezza laser, la saldatura laser, i killer di zanzare laser e così via. Oggi, abbiamo una comprensione dettagliata dei laser e dei principi alla base della loro generazione.

Cos'è un laser?

Il laser è una fonte luminosa che utilizza un laser per generare un raggio di luce speciale. Un laser genera luce di laser inserendo energia da una sorgente di luce esterna o 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) che può amplificare la luce e un riflettore ottico. Il mezzo attivo in un laser è generalmente un materiale selezionato ed elaborato 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 di luce relativamente stabile su lunghe distanze.

In terzo luogo, i laser sono una luce altamente direzionale con raggi molto stretti e un'eccellente messa a fuoco, che possono essere utilizzate per ottenere un'elevata risoluzione spaziale.

Il laser è una fonte luminosa

Il principio della generazione laser

La generazione di laser prevede tre processi fisici di base: radiazioni stimolate, emissione spontanea e assorbimento stimolato.

Sradiazioni timulate

Le radiazioni stimolate sono la chiave per la generazione laser. Quando un elettrone ad alto livello di energia è 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, raggiungendo così l'amplificazione della luce.

SEmissione pontanea

Quando un atomo, uno ione o l'elettrone della molecola passano da un alto livello di energia a un basso livello di energia, rilascia fotoni di una certa quantità di energia, che si chiama emissione spontanea. L'emissione di tali fotoni è casuale e non vi è alcuna coerenza tra i fotoni emessi, il che significa che la loro fase, lo stato di polarizzazione e la direzione della propagazione sono tutti casuali.

Sassorbimento timulato

Quando un elettrone a basso livello di energia assorbe un fotone con una differenza di livello di energia pari al proprio, può essere eccitato a un alto livello di energia. Questo processo è chiamato assorbimento stimolato.

Nei laser, una cavità risonante composta da due specchi paralleli viene generalmente utilizzata per migliorare il processo di radiazione stimolata. Uno specchio è uno specchio di riflesso totale e l'altro specchio è uno specchio semi -riflesso, 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, raggiungendo così l'amplificazione della luce. Quando l'intensità della luce aumenta in una certa misura, il laser viene generato attraverso uno specchio semi -riflettente.