Kas ir lāzers? Lāzera ģenerēšanas princips

Lāzers ir viens no svarīgākajiem cilvēces izgudrojumiem, kas pazīstams kā “spilgtākā gaisma”. Ikdienas dzīvē mēs bieži varam redzēt dažādus lāzera lietojumus, piemēram, lāzera skaistumu, lāzera metināšanu, lāzera moskītu iznīcinātājus utt. Šodien iegūsim detalizētu izpratni par lāzeriem un to radīšanas principiem.

Kas ir lāzers?

Lāzers ir gaismas avots, kas izmanto lāzeru, lai radītu īpašu gaismas staru. Lāzers ģenerē lāzera gaismu, ievadot enerģiju no ārēja gaismas avota vai enerģijas avota materiālā, izmantojot stimulētā starojuma procesu.

Lāzers ir optiska ierīce, kas sastāv no aktīvas vides (piemēram, gāzes, cietas vai šķidruma), kas var pastiprināt gaismu, un optiskā reflektora. Lāzera aktīvā vide parasti ir atlasīts un apstrādāts materiāls, un tā raksturlielumi nosaka lāzera izejas viļņa garumu.

Lāzeru radītajai gaismai ir vairākas unikālas īpašības:

Pirmkārt, lāzeri ir monohromatiska gaisma ar ļoti stingrām frekvencēm un viļņu garumiem, kas var apmierināt dažas īpašas optiskās vajadzības.

Otrkārt, lāzers ir koherenta gaisma, un gaismas viļņu fāze ir ļoti konsekventa, kas var uzturēt relatīvi stabilu gaismas intensitāti lielos attālumos.

Treškārt, lāzeri ir ļoti virzīta gaisma ar ļoti šauriem stariem un lielisku fokusēšanu, ko var izmantot, lai sasniegtu augstu telpisko izšķirtspēju.

Lāzers ir gaismas avots

Lāzera ģenerēšanas princips

Lāzera ģenerēšana ietver trīs pamata fizikālos procesus: stimulētu starojumu, spontānu emisiju un stimulētu absorbciju.

Sstimulēts starojums

Stimulēts starojums ir lāzera ģenerēšanas atslēga. Kad elektronu augstā enerģijas līmenī ierosina cits fotons, tas izstaro fotonu ar tādu pašu enerģiju, frekvenci, fāzi, polarizācijas stāvokli un izplatīšanās virzienu šī fotona virzienā. Šo procesu sauc par stimulēto starojumu. Proti, fotons var “klonēt” identisku fotonu, izmantojot stimulētā starojuma procesu, tādējādi panākot gaismas pastiprināšanos.

Spontāna emisija

Kad atoms, jons vai molekulas elektrons pāriet no augsta enerģijas līmeņa uz zemu enerģijas līmeni, tas atbrīvo fotonus ar noteiktu enerģijas daudzumu, ko sauc par spontānu emisiju. Šādu fotonu emisija ir nejauša, un starp izstarotajiem fotoniem nav saskaņotības, kas nozīmē, ka to fāze, polarizācijas stāvoklis un izplatīšanās virziens ir nejauši.

Sstimulēta absorbcija

Kad elektrons zemā enerģijas līmenī absorbē fotonu ar enerģijas līmeņa starpību, kas vienāda ar savu, to var ierosināt līdz augstam enerģijas līmenim. Šo procesu sauc par stimulētu uzsūkšanos.

Lāzeros parasti izmanto rezonanses dobumu, kas sastāv no diviem paralēliem spoguļiem, lai uzlabotu stimulētā starojuma procesu. Viens spogulis ir pilnīgs atstarošanas spogulis, bet otrs ir daļēji atstarojošs spogulis, kas var ļaut daļai lāzera iziet cauri.

Lāzera vidē esošie fotoni atstaro uz priekšu un atpakaļ starp diviem spoguļiem, un katrs atstarojums rada vairāk fotonu, izmantojot stimulēto starojuma procesu, tādējādi panākot gaismas pastiprināšanos. Kad gaismas intensitāte palielinās līdz zināmai robežai, lāzers tiek ģenerēts caur daļēji atstarojošu spoguli.