Лазер – один із важливих винаходів людства, відомий як «найяскравіше світло». У повсякденному житті ми часто бачимо різні застосування лазера, такі як лазерна косметика, лазерне зварювання, лазерні засоби для знищення комарів тощо. Сьогодні давайте детально розглянемо лазери та принципи їхньої генерації.
Що таке лазер?
Лазер – це джерело світла, яке використовує лазер для генерації спеціального променя світла. Лазер генерує лазерне випромінювання, підводячи енергію від зовнішнього джерела світла або живлення до матеріалу за допомогою процесу стимульованого випромінювання.
Лазер — це оптичний пристрій, що складається з активного середовища (наприклад, газу, твердого тіла або рідини), яке може підсилювати світло, та оптичного відбивача. Активним середовищем у лазері зазвичай є вибраний та оброблений матеріал, а його характеристики визначають довжину хвилі випромінювання лазера.
Світло, що генерується лазерами, має кілька унікальних характеристик:
По-перше, лазери – це монохроматичне світло з дуже чіткими частотами та довжинами хвиль, що може задовольнити деякі спеціальні оптичні потреби.
По-друге, лазер – це когерентне світло, а фаза світлових хвиль дуже стабільна, що може підтримувати відносно стабільну інтенсивність світла на великих відстанях.
По-третє, лазери – це вузькоспрямоване світло з дуже вузькими променями та чудовим фокусуванням, що може бути використано для досягнення високої просторової роздільної здатності.
Лазер – це джерело світла
Принцип лазерної генерації
Генерація лазера включає три основні фізичні процеси: вимушене випромінювання, спонтанне випромінювання та вимушене поглинання.
Sстимульоване випромінювання
Вимушене випромінювання є ключем до генерації лазера. 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 вимушеним випромінюванням. Тобто, фотон може «клонувати» ідентичний фотон за допомогою процесу вимушеного випромінювання, тим самим досягаючи посилення світла.
Sспонтанне випромінювання
Коли електрон атома, іона або молекули переходить з високого енергетичного рівня на низький, він вивільняє фотони певної енергії, що називається спонтанним випромінюванням. Випромінювання таких фотонів є випадковим, і між випромінюваними фотонами немає когерентності, що означає, що їхня фаза, стан поляризації та напрямок поширення є випадковими.
Sстимульоване поглинання
Коли електрон на низькому енергетичному рівні поглинає фотон з різницею енергетичних рівнів, що дорівнює його власному, він може збудитися до високого енергетичного рівня. Цей процес називається вимушеним поглинанням.
У лазерах для посилення процесу вимушеного випромінювання зазвичай використовується резонансний резонатор, що складається з двох паралельних дзеркал. Одне дзеркало є дзеркалом повного відбиття, а інше — дзеркалом напіввідбиття, що дозволяє пропускати частину лазера.
Фотони в лазерному середовищі відбиваються туди-сюди між двома дзеркалами, і кожне відбиття створює більше фотонів завдяки процесу вимушеного випромінювання, тим самим досягаючи посилення світла. Коли інтенсивність світла зростає до певної міри, лазер генерується через напіввідбивне дзеркало.
Час публікації: 07 грудня 2023 р.
