Лазер — один із важливих винаходів людства, відомий як «найяскравіше світло». У повсякденному житті ми часто бачимо різні застосування лазера, такі як лазерна краса, лазерне зварювання, лазерне знищення комарів тощо. Сьогодні давайте детально розберемося з лазерами та принципами їх створення.
Що таке лазер?
Лазер — це джерело світла, яке використовує лазер для генерування спеціального пучка світла. Лазер генерує лазерне світло, вводячи енергію від зовнішнього джерела світла або джерела живлення в матеріал через процес стимульованого випромінювання.
Лазер — це оптичний пристрій, що складається з активного середовища (наприклад, газу, твердої речовини або рідини), яке може підсилювати світло, і оптичного відбивача. Активним середовищем у лазері зазвичай є обраний і оброблений матеріал, і його характеристики визначають вихідну довжину хвилі лазера.
Світло, що генерується лазерами, має кілька унікальних характеристик:
По-перше, лазери — це монохроматичне світло з дуже чіткими частотами та довжинами хвиль, яке може задовольнити деякі спеціальні оптичні потреби.
По-друге, лазер є когерентним світлом, а фаза світлових хвиль дуже послідовна, що може підтримувати відносно стабільну інтенсивність світла на великих відстанях.
По-третє, лазери — це високоспрямоване світло з дуже вузькими променями та відмінним фокусуванням, за допомогою якого можна досягти високої просторової роздільної здатності.
Лазер - джерело світла
Принцип лазерної генерації
Генерація лазера включає три основні фізичні процеси: стимульоване випромінювання, спонтанне випромінювання та стимульоване поглинання.
Sстимульоване випромінювання
Стимульоване випромінювання є ключем до лазерної генерації. Коли електрон на високому енергетичному рівні збуджується іншим фотоном, він випромінює фотон з такою ж енергією, частотою, фазою, станом поляризації та напрямком поширення в напрямку цього фотона. Цей процес називається стимульованим випромінюванням. Тобто, фотон може «клонувати» ідентичний фотон за допомогою процесу стимульованого випромінювання, тим самим досягаючи посилення світла.
Sпонтанний викид
Коли електрон атома, іона або молекули переходить з високого енергетичного рівня на низький, він вивільняє фотони з певною кількістю енергії, що називається спонтанним випромінюванням. Випромінювання таких фотонів є випадковим, і між випромінюваними фотонами немає когерентності, що означає, що їх фаза, стан поляризації та напрямок поширення є випадковими.
Sстимульоване поглинання
Коли електрон з низьким енергетичним рівнем поглинає фотон з різницею енергетичних рівнів, що дорівнює його власному, він може збуджуватися до високого енергетичного рівня. Цей процес називається стимульованим поглинанням.
У лазерах зазвичай використовується резонансна порожнина, що складається з двох паралельних дзеркал, щоб посилити процес стимульованого випромінювання. Одне дзеркало є дзеркалом повного відбиття, а інше дзеркало є дзеркалом напіввідбиття, через яке може проходити частина лазера.
Фотони в лазерному середовищі відбиваються вперед і назад між двома дзеркалами, і кожне відображення створює більше фотонів через процес стимульованого випромінювання, таким чином досягаючи посилення світла. Коли інтенсивність світла збільшується до певної міри, лазер генерується через напіввідбивне дзеркало.
Час публікації: 07 грудня 2023 р
