Oblika lasera

splošna scena
baza terminologije
Pojav laserjev je označeval prvič, da so ljudje uspeli doseči nadzor nad fotoni. Laserji so posebni svetlobni viri, ki pojasnijo svetlobo skozi stimulirano sevanje, in njihov proces oblikovanja vključuje več fizikalnih mehanizmov, kot so kvantna mehanika, optična resonanca in energijska ekcitanca. Spodaj so predstavljeni glavni dejavniki, ki prispevajo k oblikovanju laserjev:
I. Stimulirana emisija in obratna razmerja števila delcev
Generacija laserjev je začela z kvantnimi prehodami med energijskimi ravni atomov. Ko elektron absorbirova energijo in preide v višjo energijsko stanje, je sistem v nestabilnem stanju. V tem času elektron izpusti energijo na dva načina:
Samodejna emisija: Elektroni naključno skočijo nazaj v nižje energijsko stanje in izpustijo fotonove s različnimi smermi in fazami.
Stimulirana emisija: Ko se energija zunanjega fotona ujema z razliko v energijskih ravneh, bo to spodbudilo elektrone v navdušenem stanju, da hkrati izpustijo natanko iste fotone, kar obrazuje osnovno pogoje za optično pojačevalniko.
Optična pojačevalna: Čestice na visokih energijskih ravneh prodrajajo stimulirano emisijo, ki jo sprožijo incidirajoči fotonovi, generirajoče fotone iste faze in frekvence. Ti fotoni se v resonnatorskem prostoru ponavljajo, s kaj so sproženi verižni reakcije in oblikovali visoko intenzivno koherentno svetlo.
Obratnost števila častic: Pompni sistem razgrne termično ravnovesje, omogočajoč delujoči snovi oblikovati metastabilne energijske ravne.
II. Optična resonatorska pečica
Resonatorska povratna povezava: Optična resonatorska pečica, sestavljena iz dveh oglišč, dovoljuje fotonom v določenem smeri potovati naprej in nazaj večkrat. Ko je korist večja od izgube, bo nastal pozitiven zank povratne povezave, končno pa bodo izvedeni koherentni žarek.
Izbira moda: S pomočjo kratkega dizajna pečice ali povratne povezave rešetke se nadzira porazdelitev dolgotransnih in poprečnih modov za dosego enofrekvenčnega in enomodnega izhoda.
Koncentracija energije: Skrčite učinkovito dolžino delovanja snovi in povečajte učinkovitost izhoda laserja.
III. Boseova statistika
Identični fotoni: Fotoni, ki jih proizvaja stimulirana sevanja, imajo natanko isto frekvenco, fazo in stanje polarizacije.
Nadložitev valovne funkcije: Velik številka identičnih fotonov sestavlja makroskopske kvantne stanje, pripisujejoč svetlobi popolno koherenco.
Lastnosti laserja:
Smernost: Odstopanje kota običajnega svetlobnega vira je relativno veliko, medtem ko je odstopanje kota laserjskega svetlobnega vira relativno majhno in njegova smer fiksirana.
Enobarvnost: Širina spektralne crte lasera je ozka kot pri običajnem svetlobnem viru, zato ima boljšo enobarvnost.
Visoka svetlobnost: Laser izpusa zelo paralelne zrake in jih je mogoče izpustiti s višjo koncentracijo.
Oblikovanje laserjev je popolna kombinacija kvantne mehanike in optične inženiringe. Njihovo jedro leži v dosegu nadzorovane pomembnosti svetlobe skozi obratno število delcev in stimulirano sevanje. Razvoj laserjev spodbuja inovacije v industrijskih področjih, kot so proizvodnja, zdravstvena nega in informacijske tehnologije.