Како се ласер формира

Појава ласера обележала је први пут да су људи постигли контролу над фотонима. Ласери су специјални извори светлости који појачавају светлост кроз стимулисано зрачење, а њихов процес формирања укључује више физичких механизама као што су квантна механика, оптичка резонанца и узбуђење енергије. Следеће су главни фактори који доприносе формирању ласера:
И. Стимулисана емисија и инверзија броја честица
Генерација ласера почела је квантним прелазом између атомских нивоа енергије. Када електрон апсорбује енергију и прелази у стање веће енергије, систем је у нестабилном стању. У овом тренутку, електрон ослобађа енергију на два начина:
Спонтана емисија: Електрони случајно скоче назад у ниже енергетско стање и емитују фотоне са различитим правцима и фазама.
Стимулирана емисија: Када енергија спољног фотона одговара разлици енергетског нивоа, она ће индуковати електроне у узбуђеном стању да истовремено ослобађају баш исти фотон, што представља основу оптичког појачања.
Оптичко појачање: честице на високим енергетским нивоима подлежу стимулисаној емисији изазваној инцидентним фотонима, генеришући фотоне исте фазе и фреквенције. Ови фотони се понављају у резонантној шупљини, покрећући ланчану реакцију и формирајући кохерентно светло високог интензитета.
Инверзија броја честица: Система пумпања прекида стање топлотне равнотеже, омогућавајући радној супстанци да формира метастабилне енергетске нивое.
Ја. Оптичка резонантна шупљина
Резонантна повратна информација: Оптичка резонантна шупљина састављена од два огледала омогућава фотонима у одређеном правцу да путују много пута напред и назад. Када добитак превазиђе губитак, формираће се позитивна повратна петља, и на крају ће бити излаз кохерентног зрака.
Избор режима: Употребом конструкције кратке кухине или повратне реакције решетке, дистрибуција дужине и попречне режиме се контролише како би се постигао излаз једне фреквенције и једног режима.
Концентрација енергије: Скраћивање ефикасне дужине радне супстанце и повећање ефикасности ласерског излаза.
ИИИ. Бозе статистика
Идентични фотони: Фотони произвеђени стимулисаним зрачењем имају тачно исту фреквенцију, фазу и поларизационо стање.
Суперпозиција таласне функције: велики број идентичних фотона формира макроскопска квантна стања, чиме се светлости даје савршена кохеренција.
Карактеристике ласера:
Дирекцијалност: Угао дивергенције заједничког извора светлости је релативно велики, док је извор ласерске светлости релативно мали и његов правац је фиксиран.
Монохроматичност: Ширина спектралне линије ласера је сужа од оне обичног извора светлости, тако да има бољу монохроматичност.
Висока сјајност: Ласер излуча веома паралелне зраке и може се излучити са већом концентрацијом
Формирање ласера је савршена комбинација квантне механике и оптичког инжењерства. Његова је суштина лежи у постизању контролисаног појачавања светлости кроз инверзију броја честица и стимулисано зрачење. Развој ласера промовише иновације у индустрији као што су производња, здравствена заштита и информационе технологије.