Kaj je laser? Načelo laserske generacije

Laser je eden od pomembnih izumov človeštva, znan kot "najsvetlejša svetloba". V vsakdanjem življenju pogosto vidimo različne laserske aplikacije, kot so laserska lepota, lasersko varjenje, laserski morilci komarjev ipd. Danes imamo podrobno razumevanje laserjev in načel, ki stojijo za njihovo generacijo.

Kaj je laser?

Laser je svetlobni vir, ki uporablja laser za ustvarjanje posebnega žarka svetlobe. Laser ustvari lasing svetlobo tako, da skozi proces stimuliranega sevanja v material vnese energijo iz zunanjega vira svetlobe ali vira energije.

Laser je optična naprava, sestavljena iz aktivnega medija (kot so plin, trdna ali tekočina), ki lahko okrepi svetlobo in optični reflektor. Aktivni medij v laserju je običajno izbrani in predelani material, njegove značilnosti pa določajo izhodno valovno dolžino laserja.

Svetloba, ki jo ustvarjajo laserji, ima več edinstvenih lastnosti:

Prvič, laserji so enobarvna svetloba z zelo strogimi frekvencami in valovnimi dolžinami, ki lahko ustrezajo nekaterim posebnim optičnim potrebam.

Drugič, laser je skladna svetloba, faza svetlobnih valov pa je zelo dosledna, kar lahko vzdržuje razmeroma stabilno intenzivnost svetlobe na dolgih razdaljah.

Tretjič, laserji so zelo usmerjena svetloba z zelo ozkimi žarki in odličnim ostrenjem, ki jo lahko uporabimo za doseganje visoke prostorske ločljivosti.

Laser je svetlobni vir

Načelo laserske generacije

Generacija laserja vključuje tri osnovne fizične procese: stimulirano sevanje, spontano emisijo in stimulirano absorpcijo.

STimolirano sevanje

Stimulirano sevanje je ključ do laserskega nastajanja. Ko elektron na visoki energijski ravni vzbuja drug foton, oddaja foton z enako energijo, frekvenco, fazo, stanje polarizacije in smeri širjenja v smeri tega fotona. Ta postopek se imenuje stimulirano sevanje. To pomeni, da lahko foton "klonira" identičen foton skozi proces stimuliranega sevanja in s tem doseže amplifikacijo svetlobe.

Spontana emisija

Kadar se elektronski prehodi atom, iona ali molekule iz visoke energijske ravni do nizke energijske ravni sprostijo fotone določene količine energije, ki se imenuje spontana emisija. Emisija takšnih fotonov je naključna in med oddajanimi fotoni ni skladnosti, kar pomeni, da so njihova faza, stanje polarizacije in smer širjenja naključna.

STimolirana absorpcija

Kadar elektron na nizki ravni energije absorbira foton z razliko v ravni energije, ki je enaka svoji, ga lahko vzbudimo na visoko energijsko raven. Ta postopek se imenuje spodbudna absorpcija.

V laserjih se za izboljšanje stimuliranega sevanja običajno uporablja resonančna votlina, sestavljena iz dveh vzporednih ogledal. Eno ogledalo je skupno odsevno ogledalo, drugo ogledalo pa je pol odsevno ogledalo, ki lahko omogoča, da se del laserja prehaja.

Fotoni v laserskem mediju odsevajo naprej in nazaj med dvema ogledali, vsak odsev pa s stimuliranim postopkom sevanja ustvari več fotonov in s tem doseže ojačanje svetlobe. Ko se intenzivnost svetlobe do določene mere poveča, se laser ustvari skozi pol odsevno ogledalo.