Ce este un laser? Principiul generării laserului

Laserul este una dintre invențiile importante ale umanității, cunoscută sub numele de „lumina cea mai strălucitoare”. În viața de zi cu zi, putem vedea adesea diverse aplicații ale laserului, cum ar fi înfrumusețarea cu laser, sudarea cu laser, dispozitivele laser pentru uciderea țânțarilor și așa mai departe. Astăzi, haideți să înțelegem în detaliu laserele și principiile care stau la baza generării lor.

Ce este un laser?

Laserul este o sursă de lumină care folosește un laser pentru a genera un fascicul special de lumină. Un laser generează lumină laser prin introducerea de energie de la o sursă de lumină externă sau de alimentare în material prin procesul de radiație stimulată.

Un laser este un dispozitiv optic compus dintr-un mediu activ (cum ar fi gaz, solid sau lichid) care poate amplifica lumina și un reflector optic. Mediul activ dintr-un laser este de obicei un material selectat și prelucrat, iar caracteristicile sale determină lungimea de undă de ieșire a laserului.

Lumina generată de lasere are câteva caracteristici unice:

În primul rând, laserele sunt lumină monocromatică cu frecvențe și lungimi de undă foarte stricte, care pot satisface anumite nevoi optice speciale.

În al doilea rând, laserul este o lumină coerentă, iar faza undelor luminoase este foarte consistentă, ceea ce poate menține o intensitate a luminii relativ stabilă pe distanțe lungi.

În al treilea rând, laserele sunt lumini direcționale, cu fascicule foarte înguste și focalizare excelentă, care pot fi utilizate pentru a obține o rezoluție spațială ridicată.

Laserul este o sursă de lumină

Principiul generării laserului

Generarea laserului implică trei procese fizice de bază: radiația stimulată, emisia spontană și absorbția stimulată.

Sradiații stimulate

Radiația stimulată este cheia generării laserului. Atunci când un electron cu un nivel de energie ridicat este excitat de un alt foton, acesta emite un foton cu aceeași energie, frecvență, fază, stare de polarizare și direcție de propagare în direcția fotonului respectiv. Acest proces se numește radiație stimulată. Adică, un foton poate „clona” un foton identic prin procesul de radiație stimulată, realizând astfel amplificarea luminii.

Semisie pontană

Când electronul unui atom, ion sau moleculă trece de la un nivel de energie ridicat la un nivel de energie scăzut, acesta eliberează fotoni cu o anumită cantitate de energie, fenomen numit emisie spontană. Emisia acestor fotoni este aleatorie și nu există coerență între fotonii emiși, ceea ce înseamnă că faza, starea de polarizare și direcția de propagare a acestora sunt toate aleatorii.

Sabsorbție stimulată

Când un electron aflat la un nivel de energie scăzut absoarbe un foton cu o diferență de nivel de energie egală cu a sa, acesta poate fi excitat la un nivel de energie ridicat. Acest proces se numește absorbție stimulată.

În lasere, o cavitate rezonantă compusă din două oglinzi paralele este de obicei utilizată pentru a intensifica procesul de radiație stimulată. O oglindă este o oglindă cu reflexie totală, iar cealaltă oglindă este o oglindă cu semireflexie, care poate permite trecerea unei porțiuni a laserului.

Fotonii din mediul laser se reflectă înainte și înapoi între două oglinzi, iar fiecare reflexie produce mai mulți fotoni prin procesul de radiație stimulată, realizând astfel amplificarea luminii. Când intensitatea luminii crește într-o anumită măsură, laserul este generat printr-o oglindă semireflectorizantă.