Laser är en av mänsklighetens viktigaste uppfinningar, känd som det "starkaste ljuset". I vardagen kan vi ofta se olika lasertillämpningar, såsom laserskönhet, lasersvetsning, lasermyggdödare och så vidare. Låt oss idag få en detaljerad förståelse av lasrar och principerna bakom deras generering.
Vad är en laser?
En laser är en ljuskälla som använder en laser för att generera en speciell ljusstråle. En laser genererar laserljus genom att mata in energi från en extern ljuskälla eller kraftkälla i materialet genom stimulerad strålning.
En laser är en optisk anordning som består av ett aktivt medium (såsom gas, fast ämne eller vätska) som kan förstärka ljus och en optisk reflektor. Det aktiva mediet i en laser är vanligtvis ett valt och bearbetat material, och dess egenskaper bestämmer laserns utgångsvåglängd.
Ljuset som genereras av lasrar har flera unika egenskaper:
För det första är lasrar monokromatiskt ljus med mycket strikta frekvenser och våglängder, vilket kan uppfylla vissa speciella optiska behov.
För det andra är laser koherent ljus, och ljusvågornas fas är mycket konsekvent, vilket kan bibehålla en relativt stabil ljusintensitet över långa avstånd.
För det tredje är lasrar mycket riktade ljuskällor med mycket smala strålar och utmärkt fokusering, vilket kan användas för att uppnå hög rumslig upplösning.
Laser är en ljuskälla
Principen för lasergenerering
Genereringen av laser involverar tre grundläggande fysikaliska processer: stimulerad strålning, spontan emission och stimulerad absorption.
Sstimulerad strålning
Stimulerad strålning är nyckeln till lasergenerering. När en elektron med hög energinivå exciteras av en annan foton, emitterar den en foton med samma energi, frekvens, fas, polarisationstillstånd och utbredningsriktning i den fotonens riktning. Denna process kallas stimulerad strålning. Det vill säga att en foton kan "klona" en identisk foton genom processen med stimulerad strålning och därigenom uppnå ljusförstärkning.
Sspontan emission
När en atom, jon eller molekyls elektron övergår från en hög energinivå till en låg energinivå, frigör den fotoner med en viss mängd energi, vilket kallas spontan emission. Emissionen av sådana fotoner är slumpmässig, och det finns ingen koherens mellan de emitterade fotonerna, vilket innebär att deras fas, polarisationstillstånd och utbredningsriktning alla är slumpmässiga.
Sstimulerad absorption
När en elektron med låg energinivå absorberar en foton med en energinivåskillnad som är lika med dess egen, kan den exciteras till en hög energinivå. Denna process kallas stimulerad absorption.
I lasrar används vanligtvis en resonanshålighet bestående av två parallella speglar för att förstärka den stimulerade strålningsprocessen. En spegel är en totalreflektionsspegel och den andra spegeln är en halvreflektionsspegel, som kan släppa igenom en del av lasern.
Fotonerna i lasermediet reflekteras fram och tillbaka mellan två speglar, och varje reflektion producerar fler fotoner genom den stimulerade strålningsprocessen, vilket uppnår ljusförstärkning. När ljusintensiteten ökar till en viss grad genereras en laser genom en halvreflekterande spegel.
Publiceringstid: 7 december 2023
