Kas ir lāzers? Lāzera ģenerēšanas princips

Lāzers ir viens no svarīgiem cilvēces izgudrojumiem, kas pazīstams kā “spilgtākā gaisma”. Ikdienas dzīvē mēs bieži redzam dažādas lāzera lietojumprogrammas, piemēram, lāzera skaistumu, lāzera metināšanu, lāzera moskītu slepkavas utt. Mūsdienās būsim detalizēta izpratne par lāzeriem un viņu paaudzes principiem.

Kas ir lāzers?

Lāzers ir gaismas avots, kas izmanto lāzeru, lai ģenerētu īpašu gaismas staru. Lāzers ģenerē gaismas lasingu, izmantojot stimulēta starojuma procesu, ievadot enerģiju no ārēja gaismas avota vai jaudas avota materiālā.

Lāzers ir optiska ierīce, kas sastāv no aktīvas barotnes (piemēram, gāzes, cieta vai šķidruma), kas var pastiprināt gaismu un optisko reflektoru. Aktīvā barotne lāzerā parasti ir izvēlēts 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 saskaņota gaisma, un gaismas viļņu fāze ir ļoti konsekventa, kas lielos attālumos var saglabāt salīdzinoši stabilu gaismas intensitāti.

Treškārt, lāzeri ir ļoti virziena gaisma ar ļoti šaurām sijām un lielisku fokusēšanu, ko var izmantot, lai sasniegtu augstu telpisko izšķirtspēju.

Lāzers ir gaismas avots

Lāzera ģenerēšanas princips

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

Slaika starojums

Stimulēts starojums ir lāzera ģenerēšanas atslēga. Kad elektronu augstā enerģijas līmenī satrauc cits fotons, tas izstaro fotonu ar tādu pašu enerģiju, frekvenci, fāzi, polarizācijas stāvokli un izplatīšanās virzienu šī fotona virzienā. Šo procesu sauc par stimulētu starojumu. Tas ir, fotons var “klonēt” identisku fotonu, izmantojot stimulēta starojuma procesu, tādējādi sasniedzot gaismas pastiprināšanu.

Spontāna emisija

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

STimulētā absorbcija

Kad elektrons ar zemu enerģijas līmeni absorbē fotonu ar enerģijas līmeņa starpību, kas ir vienāda ar savu, to var satraukt līdz augsta enerģijas līmenim. Šo procesu sauc par stimulētu absorbciju.

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

Fotoni, kas atrodas lāzera barotnē, atspoguļojas turp un atpakaļ starp diviem spoguļiem, un katrs atstarojums rada vairāk fotonu, izmantojot stimulēto radiācijas procesu, tādējādi sasniedzot gaismas pastiprināšanu. Kad gaismas intensitāte zināmā mērā palielinās, lāzers tiek ģenerēts caur daļēji atstarojošu spoguli.