Wat is een laser? Het principe van lasergeneratie

Laser is een van de belangrijke uitvindingen van de mensheid, bekend als het ‘helderste licht’. In het dagelijks leven zien we vaak verschillende lasertoepassingen, zoals laserschoonheid, laserlassen, lasermuggenmoordenaars, enzovoort. Laten we vandaag een gedetailleerd begrip hebben van lasers en de principes achter hun generatie.

Wat is een laser?

Laser is een lichtbron die een laser gebruikt om een ​​speciale lichtstraal te genereren. Een laser genereert laserlicht door energie van een externe lichtbron of krachtbron in het materiaal te brengen via het proces van gestimuleerde straling.

Een laser is een optisch apparaat dat bestaat uit een actief medium (zoals gas, vaste stof of vloeistof) dat licht kan versterken en een optische reflector. Het actieve medium in een laser is meestal een geselecteerd en verwerkt materiaal, en de kenmerken ervan bepalen de uitgangsgolflengte van de laser.

Het door lasers gegenereerde licht heeft verschillende unieke kenmerken:

Ten eerste zijn lasers monochromatisch licht met zeer strikte frequenties en golflengten, die aan een aantal speciale optische behoeften kunnen voldoen.

Ten tweede is laser coherent licht en is de fase van lichtgolven zeer consistent, waardoor de lichtintensiteit over lange afstanden relatief stabiel kan blijven.

Ten derde zijn lasers zeer gericht licht met zeer smalle bundels en uitstekende focussering, die kunnen worden gebruikt om een ​​hoge ruimtelijke resolutie te bereiken.

Laser is een lichtbron

Het principe van lasergeneratie

Bij het genereren van laser zijn drie fysieke basisprocessen betrokken: gestimuleerde straling, spontane emissie en gestimuleerde absorptie.

Sgetimede straling

Gestimuleerde straling is de sleutel tot lasergeneratie. Wanneer een elektron met een hoog energieniveau wordt geëxciteerd door een ander foton, zendt het een foton uit met dezelfde energie, frequentie, fase, polarisatietoestand en voortplantingsrichting in de richting van dat foton. Dit proces wordt gestimuleerde straling genoemd. Dat wil zeggen dat een foton een identiek foton kan ‘klonen’ door het proces van gestimuleerde straling, waardoor versterking van licht wordt bereikt.

Sspontane emissie

Wanneer een elektron van een atoom, ion of molecuul overgaat van een hoog energieniveau naar een laag energieniveau, komen er fotonen vrij met een bepaalde hoeveelheid energie, wat spontane emissie wordt genoemd. De emissie van dergelijke fotonen is willekeurig en er is geen samenhang tussen de uitgezonden fotonen, wat betekent dat hun fase, polarisatietoestand en voortplantingsrichting allemaal willekeurig zijn.

Sgestimuleerde absorptie

Wanneer een elektron met een laag energieniveau een foton absorbeert met een energieniveauverschil dat gelijk is aan het zijne, kan het worden geëxciteerd tot een hoog energieniveau. Dit proces wordt gestimuleerde absorptie genoemd.

Bij lasers wordt gewoonlijk een resonantieholte bestaande uit twee parallelle spiegels gebruikt om het gestimuleerde stralingsproces te versterken. Eén spiegel is een totale reflectiespiegel en de andere spiegel is een semi-reflectiespiegel, waardoor een deel van de laser kan passeren.

De fotonen in het lasermedium reflecteren heen en weer tussen twee spiegels, en elke reflectie produceert meer fotonen door het gestimuleerde stralingsproces, waardoor versterking van het licht wordt bereikt. Wanneer de intensiteit van het licht tot op zekere hoogte toeneemt, wordt laser gegenereerd door een semi-reflecterende spiegel.