Laser er en av menneskehetens viktigste oppfinnelser, kjent som det «lyseste lyset». I hverdagen kan vi ofte se ulike laserapplikasjoner, som laserskjønnhet, lasersveising, lasermyggdrepere og så videre. I dag skal vi få en detaljert forståelse av lasere og prinsippene bak deres generering.
Hva er en laser?
En laser er en lyskilde som bruker en laser til å generere en spesiell lysstråle. En laser genererer laserlys ved å tilføre energi fra en ekstern lyskilde eller strømkilde til materialet gjennom prosessen med stimulert stråling.
En laser er en optisk enhet som består av et aktivt medium (som gass, fast stoff eller væske) som kan forsterke lys og en optisk reflektor. Det aktive mediet i en laser er vanligvis et valgt og bearbeidet materiale, og dets egenskaper bestemmer laserens utgangsbølgelengde.
Lyset som genereres av lasere har flere unike egenskaper:
For det første er lasere monokromatisk lys med svært strenge frekvenser og bølgelengder, som kan oppfylle noen spesielle optiske behov.
For det andre er laser koherent lys, og fasen til lysbølgene er veldig konsistent, noe som kan opprettholde relativt stabil lysintensitet over lange avstander.
For det tredje er lasere svært retningsbestemt lys med svært smale stråler og utmerket fokusering, som kan brukes til å oppnå høy romlig oppløsning.
Laser er en lyskilde
Prinsippet for lasergenerering
Generering av laser involverer tre grunnleggende fysiske prosesser: stimulert stråling, spontan emisjon og stimulert absorpsjon.
Sstimulert stråling
Stimulert stråling er nøkkelen til lasergenerering. Når et elektron med høyt energinivå eksiteres av et annet foton, sender det ut et foton med samme energi, frekvens, fase, polarisasjonstilstand og forplantningsretning i retning av det fotonet. Denne prosessen kalles stimulert stråling. Det vil si at et foton kan «klone» et identisk foton gjennom prosessen med stimulert stråling, og dermed oppnå forsterkning av lys.
Sspontan emisjon
Når et elektron i et atom, ion eller molekyl går fra et høyt energinivå til et lavt energinivå, frigjør det fotoner med en viss mengde energi, som kalles spontan emisjon. Utslippet av slike fotoner er tilfeldig, og det er ingen koherens mellom de utsendte fotonene, noe som betyr at deres fase, polarisasjonstilstand og forplantningsretning alle er tilfeldige.
Sstimulert absorpsjon
Når et elektron med lavt energinivå absorberer et foton med en energinivåforskjell lik dens eget, kan det eksiteres til et høyt energinivå. Denne prosessen kalles stimulert absorpsjon.
I lasere brukes vanligvis et resonant hulrom bestående av to parallelle speil for å forbedre den stimulerte strålingsprosessen. Det ene speilet er et totalrefleksjonsspeil, og det andre speilet er et halvrefleksjonsspeil, som kan la en del av laseren passere gjennom.
Fotonene i lasermediet reflekteres frem og tilbake mellom to speil, og hver refleksjon produserer flere fotoner gjennom den stimulerte strålingsprosessen, og dermed oppnås lysforsterkning. Når lysintensiteten øker til en viss grad, genereres laser gjennom et halvreflekterende speil.
Publisert: 07. des. 2023
