Laser to jeden z najważniejszych wynalazków ludzkości, nazywany „najjaśniejszym światłem”. W życiu codziennym często widzimy różne zastosowania lasera, takie jak laserowe upiększanie, spawanie laserowe, laserowe środki do zabijania komarów i tak dalej. Dziś szczegółowo poznamy lasery i zasady ich wytwarzania.
Co to jest laser?
Laser to źródło światła wykorzystujące laser do generowania specjalnej wiązki światła. Laser generuje światło laserowe poprzez wprowadzenie energii z zewnętrznego źródła światła lub źródła zasilania do materiału w procesie stymulowanego promieniowania.
Laser to urządzenie optyczne składające się z ośrodka aktywnego (takiego jak gaz, ciało stałe lub ciecz), które może wzmacniać światło, oraz reflektora optycznego. Ośrodkiem aktywnym w laserze jest zazwyczaj wyselekcjonowany i przetworzony materiał, którego charakterystyka określa długość fali wyjściowej lasera.
Światło generowane przez lasery ma kilka unikalnych cech:
Po pierwsze, lasery to światło monochromatyczne o bardzo ściśle określonych częstotliwościach i długościach fal, które mogą spełniać pewne specjalne potrzeby optyczne.
Po drugie, laser jest światłem spójnym, a faza fal świetlnych jest bardzo stała, co pozwala utrzymać stosunkowo stabilne natężenie światła na dużych odległościach.
Po trzecie, lasery charakteryzują się wysoce kierunkowym światłem o bardzo wąskich wiązkach i doskonałym skupieniu, co pozwala uzyskać wysoką rozdzielczość przestrzenną.
Laser jest źródłem światła
Zasada generacji lasera
Generowanie lasera obejmuje trzy podstawowe procesy fizyczne: promieniowanie stymulowane, emisję spontaniczną i absorpcję stymulowaną.
Sstymulowane promieniowanie
Stymulowane promieniowanie jest kluczem do generacji lasera. Kiedy elektron o wysokim poziomie energii jest wzbudzany przez inny foton, emituje foton o tej samej energii, częstotliwości, fazie, stanie polaryzacji i kierunku propagacji w kierunku tego fotonu. Proces ten nazywany jest promieniowaniem stymulowanym. Oznacza to, że foton może „klonować” identyczny foton w procesie stymulowanego promieniowania, osiągając w ten sposób wzmocnienie światła.
Semisja poponiczna
Kiedy elektron atomu, jonu lub cząsteczki przechodzi z wysokiego poziomu energii na niski poziom energii, uwalnia fotony o określonej energii, co nazywa się emisją spontaniczną. Emisja takich fotonów jest losowa i nie ma spójności między emitowanymi fotonami, co oznacza, że ich faza, stan polaryzacji i kierunek propagacji są losowe.
Sstymulowane wchłanianie
Kiedy elektron o niskim poziomie energii absorbuje foton o różnicy poziomów energii równej jego własnej, może zostać wzbudzony do wysokiego poziomu energii. Proces ten nazywany jest wchłanianiem stymulowanym.
W laserach zwykle wykorzystuje się wnękę rezonansową złożoną z dwóch równoległych zwierciadeł w celu wzmocnienia procesu promieniowania wymuszonego. Jedno zwierciadło jest zwierciadłem całkowitego odbicia, a drugie zwierciadłem półodbicia, które umożliwia przejście części lasera.
Fotony w ośrodku laserowym odbijają się tam i z powrotem pomiędzy dwoma zwierciadłami, a każde odbicie wytwarza więcej fotonów w procesie stymulowanego promieniowania, osiągając w ten sposób wzmocnienie światła. Kiedy natężenie światła wzrasta do pewnego stopnia, laser jest generowany przez lustro półodblaskowe.
Czas publikacji: 7 grudnia 2023 r
