Лазер – одно из важных изобретений человечества, известное как «самый яркий свет». В повседневной жизни мы часто можем видеть различные применения лазера, такие как лазерная косметология, лазерная сварка, лазерное уничтожение комаров и так далее. Сегодня давайте подробно разберемся в лазерах и принципах их создания.
Что такое лазер?
Лазер — это источник света, который использует лазер для генерации специального луча света. Лазер генерирует лазерный свет, вводя энергию от внешнего источника света или источника питания в материал посредством процесса стимулированного излучения.
Лазер — это оптическое устройство, состоящее из активной среды (например, газа, твердого тела или жидкости), которая может усиливать свет, и оптического отражателя. Активная среда в лазере обычно представляет собой выбранный и обработанный материал, а его характеристики определяют выходную длину волны лазера.
Свет, генерируемый лазерами, имеет несколько уникальных характеристик:
Во-первых, лазеры представляют собой монохроматический свет с очень строгими частотами и длинами волн, который может удовлетворить некоторые особые оптические потребности.
Во-вторых, лазер представляет собой когерентный свет, а фаза световых волн очень постоянна, что позволяет поддерживать относительно стабильную интенсивность света на больших расстояниях.
В-третьих, лазеры — это узконаправленный свет с очень узкими лучами и отличной фокусировкой, что можно использовать для достижения высокого пространственного разрешения.
Лазер — источник света
Принцип лазерной генерации
Генерация лазера включает три основных физических процесса: стимулированное излучение, спонтанное излучение и вынужденное поглощение.
Sстимулированное излучение
Стимулированное излучение является ключом к генерации лазера. Когда электрон на высоком энергетическом уровне возбуждается другим фотоном, он излучает фотон с той же энергией, частотой, фазой, состоянием поляризации и направлением распространения в направлении этого фотона. Этот процесс называется стимулированным излучением. Другими словами, фотон может «клонировать» идентичный фотон посредством процесса стимулированного излучения, тем самым достигая усиления света.
Sспонтанная эмиссия
Когда электрон атома, иона или молекулы переходит с высокого энергетического уровня на низкий энергетический уровень, он испускает фотоны определенного количества энергии, что называется спонтанным излучением. Испускание таких фотонов является случайным, и между испускаемыми фотонами нет когерентности, что означает, что их фаза, состояние поляризации и направление распространения случайны.
Sстимулированное поглощение
Когда электрон на низком энергетическом уровне поглощает фотон с разницей энергетических уровней, равной его собственной, он может быть возбужден на высокий энергетический уровень. Этот процесс называется стимулированным поглощением.
В лазерах для усиления процесса стимулированного излучения обычно используется резонансный резонатор, состоящий из двух параллельных зеркал. Одно зеркало представляет собой зеркало полного отражения, а другое зеркало представляет собой полуотражающее зеркало, через которое может проходить часть лазера.
Фотоны в лазерной среде отражаются вперед и назад между двумя зеркалами, и каждое отражение создает больше фотонов в процессе стимулированного излучения, тем самым достигая усиления света. Когда интенсивность света увеличивается до определенной степени, лазер генерируется через полуотражающее зеркало.
Время публикации: 7 декабря 2023 г.
