Laser je eden izmed pomembnih izumov človeštva, znan kot »najsvetlejša svetloba«. V vsakdanjem življenju lahko pogosto srečamo različne laserske aplikacije, kot so lasersko lepoto, lasersko varjenje, lasersko uničevanje komarjev ipd. Danes bomo podrobno razumeli laserje in načela njihovega ustvarjanja.
Kaj je laser?
Laser je vir svetlobe, ki uporablja laser za ustvarjanje posebnega žarka svetlobe. Laser ustvarja lasersko svetlobo z vnašanjem energije iz zunanjega svetlobnega vira ali vira energije v material skozi proces stimuliranega sevanja.
Laser je optična naprava, sestavljena iz aktivnega medija (kot je plin, trdna snov ali tekočina), ki lahko ojača svetlobo, in optičnega reflektorja. Aktivni medij v laserju je običajno izbran in obdelan material, njegove lastnosti pa določajo izhodno valovno dolžino laserja.
Svetloba, ki jo ustvarijo laserji, ima več edinstvenih lastnosti:
Prvič, laserji so monokromatska svetloba z zelo strogimi frekvencami in valovnimi dolžinami, ki lahko zadovoljijo nekatere posebne optične potrebe.
Drugič, laser je koherentna svetloba in faza svetlobnih valov je zelo konsistentna, kar lahko vzdržuje relativno stabilno svetlobno intenzivnost na dolgih razdaljah.
Tretjič, laserji so visoko usmerjena svetloba z zelo ozkimi snopi in odličnim ostrenjem, s katerimi je mogoče doseči visoko prostorsko ločljivost.
Laser je vir svetlobe
Načelo laserskega ustvarjanja
Generiranje laserja vključuje tri osnovne fizikalne procese: stimulirano sevanje, spontano emisijo in stimulirano absorpcijo.
Sstimulirano sevanje
Stimulirano sevanje je ključ do laserskega ustvarjanja. Ko elektron na visoki energijski ravni vzbudi drug foton, odda foton z enako energijo, frekvenco, fazo, stanjem polarizacije in smerjo širjenja v smeri tega fotona. Ta proces se imenuje stimulirano sevanje. To pomeni, da lahko foton s postopkom stimuliranega sevanja »klonira« enakega fotona in s tem doseže ojačanje svetlobe.
Spontana emisija
Ko elektron atoma, iona ali molekule preide z visoke energetske ravni na nizko energijsko raven, sprosti fotone z določeno količino energije, kar imenujemo spontana emisija. Emisija takih fotonov je naključna in med oddanimi fotoni ni koherence, kar pomeni, da so njihova faza, polarizacijsko stanje in smer širjenja naključni.
Sstimulirano absorpcijo
Ko elektron na nizki ravni energije absorbira foton z razliko v energijski ravni, ki je enaka njegovi lastni, se lahko vzbudi na visoko energijsko raven. Ta proces se imenuje stimulirana absorpcija.
V laserjih se za izboljšanje procesa stimuliranega sevanja običajno uporablja resonančna votlina, sestavljena iz dveh vzporednih zrcal. Eno ogledalo je ogledalo s popolnim odbojem, drugo zrcalo pa polodbojno zrcalo, ki lahko omogoči del laserja skozi.
Fotoni v laserskem mediju se odbijajo naprej in nazaj med dvema ogledaloma in vsak odboj proizvede več fotonov skozi proces stimuliranega sevanja, s čimer se doseže ojačanje svetlobe. Ko se intenzivnost svetlobe poveča do določene mere, se skozi polodbojno ogledalo ustvari laser.
Čas objave: 7. december 2023
