Čo je laser? Princíp generovania lasera

Laser je jedným z dôležitých vynálezov ľudstva, známy ako „najjasnejšie svetlo“. V každodennom živote môžeme často vidieť rôzne laserové aplikácie, ako je laserová krása, laserové zváranie, laserové hubiče komárov atď. Dnes podrobne pochopme lasery a princípy ich generovania.

Čo je laser?

Laser je svetelný zdroj, ktorý využíva laser na generovanie špeciálneho lúča svetla. Laser generuje laserové svetlo vložením energie z externého zdroja svetla alebo zdroja energie do materiálu prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia.

Laser je optické zariadenie zložené z aktívneho média (ako je plyn, pevná látka alebo kvapalina), ktoré dokáže zosilniť svetlo a optický reflektor. Aktívnym médiom v laseri je zvyčajne vybraný a spracovaný materiál a jeho charakteristiky určujú výstupnú vlnovú dĺžku lasera.

Svetlo generované lasermi má niekoľko jedinečných vlastností:

Po prvé, lasery sú monochromatické svetlo s veľmi prísnymi frekvenciami a vlnovými dĺžkami, ktoré môžu spĺňať niektoré špeciálne optické potreby.

Po druhé, laser je koherentné svetlo a fáza svetelných vĺn je veľmi konzistentná, čo môže udržiavať relatívne stabilnú intenzitu svetla na veľké vzdialenosti.

Po tretie, lasery sú vysoko smerové svetlo s veľmi úzkymi lúčmi a vynikajúcim zaostrovaním, ktoré možno použiť na dosiahnutie vysokého priestorového rozlíšenia.

Laser je zdroj svetla

Princíp generovania lasera

Generovanie lasera zahŕňa tri základné fyzikálne procesy: stimulované žiarenie, spontánna emisia a stimulovaná absorpcia.

Sstimulované žiarenie

Stimulované žiarenie je kľúčom k generovaniu lasera. Keď je elektrón na vysokej energetickej úrovni excitovaný iným fotónom, vyžaruje fotón s rovnakou energiou, frekvenciou, fázou, stavom polarizácie a smerom šírenia v smere tohto fotónu. Tento proces sa nazýva stimulované žiarenie. To znamená, že fotón môže „klonovať“ identický fotón prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia, čím sa dosiahne zosilnenie svetla.

Spontánna emisia

Keď elektrón atómu, iónu alebo molekuly prechádza z vysokej energetickej hladiny na nízku energetickú hladinu, uvoľňuje fotóny s určitým množstvom energie, čo sa nazýva spontánna emisia. Emisia takýchto fotónov je náhodná a medzi emitovanými fotónmi nie je žiadna koherencia, čo znamená, že ich fáza, stav polarizácie a smer šírenia sú náhodné.

Sstimulovaná absorpcia

Keď elektrón na nízkej energetickej úrovni pohltí fotón s rozdielom energetických hladín rovným jeho vlastnému, môže byť excitovaný na vysokú energetickú úroveň. Tento proces sa nazýva stimulovaná absorpcia.

V laseroch sa na zosilnenie procesu stimulovaného žiarenia zvyčajne používa rezonančná dutina zložená z dvoch paralelných zrkadiel. Jedno zrkadlo je zrkadlo s úplným odrazom a druhé zrkadlo je poloodrazové zrkadlo, ktoré môže umožniť prechod časti lasera.

Fotóny v laserovom médiu sa odrážajú tam a späť medzi dvoma zrkadlami a každý odraz vytvára viac fotónov prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia, čím sa dosiahne zosilnenie svetla. Keď sa intenzita svetla do určitej miery zvýši, laser sa generuje cez poloodrazové zrkadlo.