Apakah Laser? Prinsip Penjanaan Laser

Laser merupakan salah satu ciptaan penting manusia, yang dikenali sebagai "cahaya paling terang". Dalam kehidupan seharian, kita sering dapat melihat pelbagai aplikasi laser, seperti kecantikan laser, kimpalan laser, pembunuh nyamuk laser, dan sebagainya. Hari ini, mari kita fahami secara terperinci tentang laser dan prinsip di sebalik penjanaannya.

Apakah laser itu?

Laser ialah sumber cahaya yang menggunakan laser untuk menghasilkan pancaran cahaya khas. Laser menghasilkan cahaya laser dengan memasukkan tenaga daripada sumber cahaya luaran atau sumber kuasa ke dalam bahan melalui proses sinaran yang dirangsang.

Laser ialah peranti optik yang terdiri daripada medium aktif (seperti gas, pepejal atau cecair) yang boleh menguatkan cahaya dan pemantul optik. Medium aktif dalam laser biasanya merupakan bahan yang dipilih dan diproses, dan ciri-cirinya menentukan panjang gelombang output laser.

Cahaya yang dihasilkan oleh laser mempunyai beberapa ciri unik:

Pertama, laser ialah cahaya monokromatik dengan frekuensi dan panjang gelombang yang sangat ketat, yang boleh memenuhi beberapa keperluan optik khas.

Kedua, laser ialah cahaya koheren, dan fasa gelombang cahaya adalah sangat konsisten, yang boleh mengekalkan keamatan cahaya yang agak stabil dalam jarak jauh.

Ketiga, laser adalah cahaya yang sangat berarah dengan pancaran yang sangat sempit dan pemfokusan yang sangat baik, yang boleh digunakan untuk mencapai resolusi ruang yang tinggi.

Laser ialah sumber cahaya

Prinsip penjanaan laser

Penjanaan laser melibatkan tiga proses fizikal asas: sinaran terangsang, pancaran spontan dan penyerapan terangsang.

Sradiasi terangsang

Sinaran yang dirangsang adalah kunci kepada penjanaan laser. Apabila elektron pada aras tenaga yang tinggi diuja oleh foton lain, ia memancarkan foton dengan tenaga, frekuensi, fasa, keadaan polarisasi dan arah perambatan yang sama ke arah foton tersebut. Proses ini dipanggil sinaran yang dirangsang. Dalam erti kata lain, foton boleh "mengklon" foton yang sama melalui proses sinaran yang dirangsang, sekali gus mencapai penguatan cahaya.

Spancaran pontaneous

Apabila elektron atom, ion atau molekul beralih daripada aras tenaga yang tinggi kepada aras tenaga yang rendah, ia melepaskan foton dengan jumlah tenaga tertentu, yang dipanggil pancaran spontan. Pancaran foton sedemikian adalah rawak dan tiada koheren antara foton yang dipancarkan, yang bermaksud fasa, keadaan polarisasi dan arah perambatannya semuanya rawak.

Spenyerapan yang dirangsang

Apabila elektron pada aras tenaga yang rendah menyerap foton dengan perbezaan aras tenaga yang sama dengan elektronnya sendiri, ia boleh teruja ke aras tenaga yang tinggi. Proses ini dipanggil penyerapan terangsang.

Dalam laser, rongga resonan yang terdiri daripada dua cermin selari biasanya digunakan untuk meningkatkan proses sinaran yang dirangsang. Satu cermin ialah cermin pantulan penuh, dan cermin yang satu lagi ialah cermin separa pantulan, yang boleh membenarkan sebahagian laser melaluinya.

Foton dalam medium laser memantulkan bolak-balik antara dua cermin, dan setiap pantulan menghasilkan lebih banyak foton melalui proses sinaran yang dirangsang, sekali gus mencapai penguatan cahaya. Apabila keamatan cahaya meningkat sehingga tahap tertentu, laser dijana melalui cermin separa pantul.