Lazeru veidošanās

vispārējie scenāriji
terminu datne
Lazera radīšana pazīmēja pirmo reizi, kad cilvēki ir sasnieguši fotonu kontroli. Lazeri ir speciāli gaismas avoti, kas amplificē gaismu caur stimulētu radiāciju, un to veidošanas process ietver vairākus fizikas mehānismus, piemēram, kvantu mehāniku, optisku rezonanci un enerģijas uzvedību. Sekojošie ir galvenie faktori, kas ietekmē lasera veidošanos:
I. Stimulēta izlaišana un daļu skaita invertēšana
Lazeru radīšana sākās ar kvantu pārejām starp atomu enerģijas līmeņiem. Kad elektrons absorbē enerģiju un pārejas uz augstāku enerģijas stāvokli, sistēma atrodas nestabīlā stāvoklī. Šajā brīdī elektrons atbrīvo enerģiju divos veidos:
Spontānā emisija: Elektroni nejauši atgriežas uz zemāku enerģijas līmeni un izmeta fotonus ar dažādiem virzieniem un fāzēm.
Inducētā emisija: Kad ārējā fotona enerģija sakrīt ar enerģijas līmeņu atstarpi, tas izraisīs uzvarojošo stāvokli, kad elektroni vienlaicīgi izmeta tieši tādus pašus fotonus, kas veido optiskās palielināšanas pamatu.
Optiskā palielināšana: Daļiņas ar augstiem enerģijas līmeņiem pārgāž ēnu izpludinājumu, kas iespaidots ienākošo fotonomu dēļ, ražojot fotonus ar to pašu fāzi un biežumam. Šie fotoni resonančajā šķiedrā oscilē atkārtoti, izraisot virkni reakciju un veidojot augstu intensitāti koherentu gaismu.
Daļiņu skaita invertēšana: Pompēšanas sistēma saglabā termiskās līdzsvara stāvokli, ļaujot darbīgajai vielai veidot metasta energijas līmeņus.
II. Optiskais resonators
Resonatora atgriezeniska saite: Optiskais resonators, kas sastāv no diviem spoguļiem, ļauj fotoniem noteiktā virzienā kustēties tūlīt un atpakaļ vairākas reizes. Kad peļņa pārsniedz zaudējumus, tiek veidota pozitīva atgriezeniska saite, un galu galā tiek izvadīts koherents staru.
Režīmu atlase: Ar īsu resonatora dizaina vai režģa atgriezeniskās saites palīdzību tiek kontrolēta garā un platumā režīmu sadale, lai sasniegtu vienfrekvences un vienrežīma izvadi.
Enerģijas koncentrācija: Saīsiniet darbības vielas efektīvo garumu un uzlabojiet lasers izlaišanas efektivitāti.
III. Bose statistika
Identiskie fotoni: Fotoni, kas radīti stimulētā radiācijā, ir pilnīgi vienādi, saskaņoti biežumā, fāzē un polārizācijas stāvoklī.
Līdzinājuma pārvietošanās: Liels skaits identiskiem fotoniem veido makroskopus kvantu stāvokļus, dodot gaismas pilnīgu koherenci.
Lazera īpašības:
Virzienīgums: Parasta gaismas avota atstarojuma leņķis ir salīdzinoši liels, savukārt lasers gaismas avots ir ar mazāku atstarojuma leņķi un fiksētu virzienu.
Monohromātiskums: Lazerī izstaro spektra līnijas platība ir smalkāka nekā parastās gaismas avota, tāpēc tas ir ar labāku monohromātiskumu.
Augsta spilgtums: Laseris emitē augsti paralēlus staru plūsmus un to var emitēt ar lielāku koncentrāciju.
Lazeru veidošana ir ideāla kombinācija no kvantu mehānikas un optiskās inženierijas. Tās galvenais aspekts atrodas gaisma kontrollējamā veidā padarot spēcīgāku caur daudzveidību un stimulētu emisiju. Lazera attīstība veicina inovācijas rūpniecības nozarēs, piemēram, ražošanā, veselības aprūpē un informācijas tehnoloģijās.