Ako sa tvorí laser

Vznik lasériov znamenal prvýkrát, keď ľudia dosiahli kontrolu fotonov. Lasery sú špeciálne zdroje svetla, ktoré zväčšujú svetlo prostredníctvom stimulovanej emise, a ich vznikový proces zahŕňa viacero fyzikálnych mechanizmov, ako je kvantová mechanika, optická rezonancia a energetická exicitácia. Následujúce sú hlavné faktory prispievajúce k vytvoreniu lasériov:
I. Stimulovaná emisie a inverzná populácia častíc
Generácia laserov začala kvantovými prechodmi medzi atómovými úrovňami energie. Keď elektrón absorbuje energiu a prechádza do vyššieho stavu energie, systém je v nestabilnom stave. V tomto čase elektrón uvoľňuje energiu dvomi spôsobmi:
Spontánne emície: Elektróny náhodne skočia späť do nižšieho energetického stavu a emitujú fôtony s rôznymi smermi a fázami.
Indukované emície: Keď sa energia vonkajšieho fótonu zhoduje s rozdielom úrovne energie, indukuje to elektróny vo vyššom stave k tomu, aby zároveň uvoľnili presne rovnaké fótony, čo tvorí základ optického zosilnenia.
Optická amplifikácia: Častice na vysokých energetických úrovniach prechádzajú stimulovaným vydávaním spôsobeným incidujúcimi fotonmi, čo generuje fotony rovnakej fázy a frekvencie. Tieto fotony sa opakované otŕľajú v rezonančnej dutine, spúšťajúc reakciu a tvoria intenzívne koherentné svetlo.
Inverzia počtu častíc: Pumpy systém ruší termálny rovnováhu, čo umožňuje pracovnej látke tvoriť metastabilné energetické úrovne.
Ii. Optická rezonančná dutina
Spätná väzba rezonančnej dutiny: Optická rezonančná dutina zložená z dvoch zrkadiel umožňuje fotonom v určitom smere cestovať tam a späť viackrát. Keď je zisk vyšší ako strata, vznikne kladná spätná väzba a nakoniec bude vystupovať koherentný lúč.
Výber módu: Pomocou krátkej dutiny alebo graťovej spätného spojenia sa riadí rozdelenie longitudinálnych a transverzných módu, aby sa dosiahlo výstup s jednou frekvenciou a jedným modom.
Koncentrácia energie: Skrátite efektívnu dĺžku pracovnej látky a zvýšite účinnosť výstupu laseru.
Iii. Boseova štatistika
Identické fotony: Fotony vyprodukované stimulovaným záporom majú presne rovnakú frekvenciu, fázu a polarizačný stav.
Preklad funkcie vlny: Veľké množstvo identických fotonov tvorí makroskopické kvantové stavy, čo priradia svetlu dokonalú koherenciu.
Vlastnosti laseru:
Smerovitosť: Uhlom odchýlenia bežného svetelného zdroja je relatívne veľký, zatiaľ čo uhlom odchýlenia laserového zdroja je relatívne malý a jeho smer je pevný.
Jednofarebnosť: Šírka spektrálnej čiary lasera je úzšia ako u bežného svetelného zdroja, preto má lepšiu jednofarebnosť.
Vysoká jasnosť: Laser vyžiara veľmi paralelné paprsky a môže byť vyžiarený s vyššou koncentráciou.
Vznik laserov je dokonalou kombináciou kvantovej mechaniky a optického inžinierstva. Jeho jádro spočíva v dosiahnutí ovládateľného zväčšovania svetla prostredníctvom invertovaného počtu častíc a stimulovanej emise. Rozvoj laserov podporuje inovácie v odvetviach ako výroba, zdravotníctvo a informačné technológie.