Формирането на лазер

обща сцена
терминологичен склад
Появата на лазерите отбеляза първият път, когато човечеството успя да получи контрол върху фотоните. Лазерите са специални източници на светлина, които усилват светлината чрез стимулирано излъчване, а техният процес на формиране включва множество физически механизми като квантовая механика, оптично резонанс и енергийно возбуждане. Това са основните фактори, които допринасят за формирането на лазерите:
I. Подбудено излъчване и инверсия на брояча на частиците
Генерацијата на лазери започна с квантови превodi между атомни енергийни нива. Когато електрон абсорбира енергия и преминава в по-високо енергиено състояние, системата е в нестабилно състояние. В този момент електронът излъчва енергия по два начина:
Спонтанна емисия: Електроните произволно се връщат в по-ниско енергиено състояние и излъчват фотони с различни посоки и фази.
Индукция на емисията: Когато енергията на външен фотон съвпада с разликата в енергийните нива, той ще индуцира електрони в возбудено състояние да излъчват точно същите фотони едновременно, което образува основата за оптичното усилване.
Оптичен усилител: Частиците на по-високи енергийни нива претърпяват подбудено излъчване, запалено от падащи фотони, което поражда фотони със същата фаза и честота. Тези фотони осцилират многократно в резонаторната камера, запалвайки веригова реакция и формирайки високоинтензивен когерентен светлинен поток.
Инверсия на брояча на частиците: Системата за наситване разрушава термалния равновесен статус, позволявайки на работното вещество да формира метастабилни енергийни нива.
II. Оптичен резонаторен контейнер
Резонаторна обратна връзка: Оптичен резонаторен контейнер, съставен от две огледала, позволява на фотоните в определена посока да пътуват напред и назад множество пъти. Когато приобретеният спечел надхвърля загубите, ще се образува положителна обратна връзка, а най-накрая ще се излъчи когерентен лъч.
Избор на режим: Чрез кратки проектиране на полост или обратна връзка с решетка се контролира разпределението на продължителни и поперечни режими, за да се постигне изход с една честота и един режим.
Концентрация на енергията: Скорото се намалява ефективната дължина на работното вещество и се подобрява ефикасността на лазерния изход.
III. Статистика на Бозе
Идентични фотони: Фотоните, произведени чрез стимулирано излъчване, имат точно същата честота, фаза и поляризационно състояние.
Суперпозиция на вълнови функции: Голям брой идентични фотони формират макроскопични квантови състояния, давайки на светлината perfектна коherенция.
Характеристики на лазера:
Направленост: Угълът на дивергенция на обикновен световен източник е относително голям, докато този на лазерен източник е относително малък и неговото направление е фиксировано.
Еднохроматичност: Спектралната линия на лазера е по-узка от тази на обикновения световен източник, затова той има по-добре еднохроматичност.
Висока яркост: Лазърът изпраща силно паралелни лъчове и може да бъде изпратен с по-висока концентрация.
Формирането на лазерите е перфектно съчетание между квантовата механика и оптичната инженерия. Неговото ядро се намира в постигането на контролируемо усилване на светлината чрез инверсия на частиците и стимулирано излъчване. Развитието на лазерите насърчава иновации в индустрии като производството, здравеопазването и информационните технологии.