מהו לייזר? העיקרון של דור לייזר

לייזר הוא אחת ההמצאות החשובות של האנושות, המכונה "האור הבהיר ביותר". בחיי היומיום אנו יכולים לעתים קרובות לראות יישומי לייזר שונים, כמו יופי לייזר, ריתוך לייזר, רוצחי יתושים בלייזר וכן הלאה. כיום, בואו נבנה הבנה מפורטת של לייזרים והעקרונות שמאחורי דורם.

מהו לייזר?

לייזר הוא מקור אור המשתמש בלייזר כדי לייצר קרן אור מיוחדת. לייזר מייצר אור רזינג על ידי הזנת אנרגיה ממקור אור חיצוני או מקור כוח לחומר דרך תהליך הקרינה המגורה.

לייזר הוא מכשיר אופטי המורכב ממדיום פעיל (כגון גז, מוצק או נוזל) שיכול להגביר אור ומשקף אופטי. המדיום הפעיל בלייזר הוא בדרך כלל חומר נבחר ומעובד, ומאפייניו קובעים את אורך הגל הפלט של הלייזר.

לאור שנוצר על ידי לייזרים יש כמה מאפיינים ייחודיים:

ראשית, לייזרים הם אור מונוכרומטי עם תדרים ואורכי גל קפדניים מאוד, שיכולים לענות על כמה צרכים אופטיים מיוחדים.

שנית, לייזר הוא אור קוהרנטי, ושלב גלי האור הוא עקבי מאוד, שיכול לשמור על עוצמת אור יציבה יחסית על פני מרחקים ארוכים.

שלישית, לייזרים הם אור כיווני מאוד עם קורות צרות מאוד ומיקוד מעולה, אשר ניתן להשתמש בו כדי להשיג רזולוציה מרחבית גבוהה.

לייזר הוא מקור אור

העיקרון של דור לייזר

יצירת הלייזר כוללת שלושה תהליכים פיזיים בסיסיים: קרינה מגורה, פליטה ספונטנית וספיגה מגורה.

Sקרינה מתוזמנת

קרינה מגורה היא המפתח לייצור לייזר. כאשר אלקטרון ברמת אנרגיה גבוהה נרגש על ידי פוטון אחר, הוא פולט פוטון עם אותה אנרגיה, תדר, שלב, מצב קיטוב וכיוון התפשטות בכיוון של אותו פוטון. תהליך זה נקרא קרינה מגורה. כלומר, פוטון יכול "לשבט" פוטון זהה בתהליך של קרינה מגורה, ובכך להשיג הגברה של האור.

Sפליטה פונטנית

כאשר מעברים אלקטרוניים של אטום, יון או מולקולה עוברים מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה, הוא משחרר פוטונים בעלי כמות מסוימת של אנרגיה, הנקראת פליטה ספונטנית. פליטת פוטונים כאלה היא אקראית, ואין שום קוהרנטיות בין הפוטונים הנפלטים, שמשמעותה שלבם, מצב הקיטוב וכיוון ההתפשטות שלהם הם אקראיים.

Sספיגה מתוזמנת

כאשר אלקטרון ברמת אנרגיה נמוכה סופג פוטון עם הפרש ברמת האנרגיה השווה לשלו, הוא יכול להתרגש לרמת אנרגיה גבוהה. תהליך זה נקרא ספיגה מגורה.

בלייזרים, בדרך כלל משתמשים בחלל מהדהד המורכב משתי מראות מקבילות לשיפור תהליך הקרינה המגורה. מראה אחת היא מראה השתקפות מוחלטת, והמראה השנייה היא מראה השתקפות למחצה, שיכולה לאפשר לחלק מהלייזר לעבור דרכו.

הפוטונים במדיום הלייזר משקפים הלוך ושוב בין שתי מראות, וכל השתקפות מייצרת יותר פוטונים בתהליך הקרינה המגורה, ובכך משיגים הגברה של האור. כאשר עוצמת האור עולה במידה מסוימת, לייזר נוצר באמצעות מראה משקפת למחצה.