לייזר הוא אחת ההמצאות החשובות של האנושות, המכונה "האור הבהיר ביותר". בחיי היומיום, אנו יכולים לראות לעתים קרובות יישומים שונים של לייזר, כגון לייזר יופי, ריתוך בלייזר, קוטלי יתושים בלייזר וכן הלאה. היום, בואו נבין לעומק את הלייזרים ואת העקרונות העומדים מאחורי ייצורם.
מהו לייזר?
לייזר הוא מקור אור המשתמש בלייזר כדי לייצר קרן אור מיוחדת. לייזר מייצר אור לייזר על ידי הזנת אנרגיה ממקור אור חיצוני או מקור כוח לחומר באמצעות תהליך של קרינה מגורה.
לייזר הוא מכשיר אופטי המורכב מתווך פעיל (כגון גז, מוצק או נוזל) שיכול להגביר אור ומחזיר אור אופטי. התווך הפעיל בלייזר הוא בדרך כלל חומר שנבחר ומעובד, ומאפייניו קובעים את אורך הגל של הלייזר.
לאור המופק על ידי לייזרים יש מספר מאפיינים ייחודיים:
ראשית, לייזרים הם אור מונוכרומטי עם תדרים ואורכי גל קפדניים מאוד, שיכולים לענות על צרכים אופטיים מיוחדים.
שנית, לייזר הוא אור קוהרנטי, ומופע גלי האור עקבי מאוד, מה שיכול לשמור על עוצמת אור יציבה יחסית למרחקים ארוכים.
שלישית, לייזרים הם אור כיווני מאוד עם אלומות צרות מאוד ומיקוד מעולה, שניתן להשתמש בהם כדי להשיג רזולוציה מרחבית גבוהה.
לייזר הוא מקור אור
עקרון יצירת הלייזר
יצירת לייזר כוללת שלושה תהליכים פיזיקליים בסיסיים: קרינה מגורה, פליטה ספונטנית וקליטה מגורה.
Sקרינה מגורה
קרינה מגורה היא המפתח ליצירת לייזר. כאשר אלקטרון ברמת אנרגיה גבוהה מעורר על ידי פוטון אחר, הוא פולט פוטון בעל אותה אנרגיה, תדר, פאזה, מצב קיטוב וכיוון התפשטות בכיוון הפוטון. תהליך זה נקרא קרינה מגורה. כלומר, פוטון יכול "לשכפל" פוטון זהה באמצעות תהליך של קרינה מגורה, ובכך להשיג הגברה של אור.
Sפליטה ספונטנית
כאשר אלקטרון של אטום, יון או מולקולה עובר מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה, הוא משחרר פוטונים בעלי כמות מסוימת של אנרגיה, מה שנקרא פליטה ספונטנית. פליטת הפוטונים הללו היא אקראית, ואין קוהרנטיות בין הפוטונים הנפלטים, מה שאומר שהפאזה, מצב הקיטוב וכיוון ההתפשטות שלהם כולם אקראיים.
Sספיגה מגורמת
כאשר אלקטרון ברמת אנרגיה נמוכה בולע פוטון עם הפרש רמות אנרגיה שווה לשלו, הוא יכול להיות מעורר לרמת אנרגיה גבוהה. תהליך זה נקרא בליעה מגורה.
בלייזרים, חלל תהודה המורכב משתי מראות מקבילות משמש בדרך כלל כדי לשפר את תהליך הקרינה המגורה. מראה אחת היא מראה החזרה מלאה, והמראה השנייה היא מראה החזרה למחצה, שיכולה לאפשר לחלק מהלייזר לעבור דרכה.
הפוטונים במדיום הלייזר מחזירים הלוך ושוב בין שתי מראות, וכל החזרה מייצרת פוטונים נוספים באמצעות תהליך הקרינה המגורה, ובכך משיגה הגברת אור. כאשר עוצמת האור עולה במידה מסוימת, נוצר לייזר דרך מראה חצי-מחזירת אור.
זמן פרסום: 7 בדצמבר 2023
