Hogyan keletkezik egy laser

A laserszintjelemek felbukkanása megjelenteté az első alkalommal, amikor az emberiség sikeresen meg tudta szerezni a fénykvantumok ellenőrzését. A laser egy speciális fényforrás, amely fényt termel stimulált sugárzás útján, és a képződési folyamata több fizikai mechanizmust tartalmaz, mint például a kvantummechanikát, a fényrezonanciát és az energia izgatást. Az alábbiak a legfontosabb tényezők, amelyek hozzájárultak a laser képződéséhez:
I. Kiváltott szórás és részecske-szám inverzió
A laserszületés generációja kvantumátmenetekkel kezdődött az atomi energiaszintek között. Amikor egy elektron energia felvételével átmenetbe lép egy magasabb energiájú állapotba, a rendszer instabil állapotban van. Ezen időponton az elektron két módon ad ki energiát:
Szemléletes kibocsátás: Az elektronok véletlenszerűen ugrálnak vissza alacsonyabb energiájú állapotba, és különböző irányú és fázisú fénykitevőket bocsátnak ki.
Indított kibocsátás: Amikor egy külső fénykitevő energia megfelel az energiaszint-különbségnek, az izgatott állapotú elektroneket arra készteti, hogy pontosan ugyanazt a fénykitevőt bocsássák ki egyszerre, ami az optikai erősítés alapját képezi.
Optikai erősítés: A magas energiás szinteken lévő részecskék kiváltott szórást menetelnek az incidens fénykasztok által, ugyanolyan fázisú és frekvenciájú fénykasztokat generálva. Ezek a fénykasztok többszörös oszcillációkat végzenek a rezonanciakavárban, láncreakciót indítva, és magas intenzitású koherens fényt alkotva.
Részecske-szám inverzió: A pumpázási rendszer megszakítja a hőegyensúlyt, lehetővé téve a műanyag anyag számára a metastabil energiaszintek formálását.
Ii. Optikai rezonanciakavár
Rezonanciakavár visszacsatolása: Két tükörből álló optikai rezonanciakavár engedélyezi a bizonyos irányú fénykasztoknak, hogy többszörös utazást végezzenek előre-hátra. Amikor az erősítés meghaladja a veszteséget, pozitív visszacsatolás jöhet létre, és végül egy koherens sugár lesz kibocsátva.
Mód kiválasztás: Rövid hangszámú tervezés vagy rács visszajárati eljárás segítségével szabályozzuk a hosszúságú és átmérő módok eloszlását, hogy egyfrekvenciás és egymódú kimenetet érjünk el.
Energia koncentráció: Rövidítjük a műanyag hatékony hosszát és növeljük a lasersugarak kimeneti hatékonyságát.
Iii. Bose-statisztika
Azonos fényerőcsek: A stimulált sugárzás által termelt fényerőcsek pontosan ugyanazzal a frekvenciával, fázissal és polarizációs állapotban rendelkeznek.
Hullámfüggvény-szuperpozíció: Sok azonos fényerőcs összeesküvődik makroszkopikus kvantumállapotokba, amelyek tökéletes koherenciát adnak a fénynek.
A laser jellemzői:
Irányosság: A közös fényforrás szélesszögű divergenciájának szöge viszonylag nagy, míg a lérőfény forrásé viszonylag kicsi és az iránya rögzített.
Egyfészeség: A lérő fény spektrális vonal-szélessége szűkebb egy általános fényforrásnál, ezért jobb egyfészeséggel rendelkezik.
Magas fényerősség: A laser nagyon párhuzamos sugárpárokat bocsájt ki, amelyek magasabb koncentrációval bocsáthatók ki.
A laser létrehozása a kvantummechanika és az optikai mérnöki munka tökéletes összekapcsolása. A legfontosabb eleme annak, hogy fény ellenőrizhető erősítését elérjük a részecskeszám inverzió és a stimulált sugárzás révén. A laser fejlődése innovációkat hoz az iparban, például a gyártás, az egészségügy és az információs technológia területén.