Laser er en af ​​menneskehedens vigtige opfindelser, kendt som "det klareste lys".I dagligdagen kan vi ofte se forskellige laserapplikationer, såsom laserskønhed, lasersvejsning, lasermyggedræber og så videre.Lad os i dag få en detaljeret forståelse af lasere og principperne bag deres generation.

Hvad er en laser?

Laser er en lyskilde, der bruger en laser til at generere en speciel lysstråle.En laser genererer laserlys ved at tilføre energi fra en ekstern lyskilde eller strømkilde ind i materialet gennem processen med stimuleret stråling.

En laser er en optisk enhed, der består af et aktivt medium (såsom gas, fast stof eller væske), der kan forstærke lys og en optisk reflektor.Det aktive medie i en laser er normalt et udvalgt og bearbejdet materiale, og dets egenskaber bestemmer laserens udgangsbølgelængde.

Lyset genereret af lasere har flere unikke egenskaber:

For det første er lasere monokromatisk lys med meget strenge frekvenser og bølgelængder, som kan opfylde nogle særlige optiske behov.

For det andet er laser kohærent lys, og lysbølgernes fase er meget konsistent, hvilket kan opretholde relativt stabil lysintensitet over lange afstande.

For det tredje er lasere stærkt retningsbestemt lys med meget smalle stråler og fremragende fokusering, som kan bruges til at opnå høj rumlig opløsning.

Laser er en lyskilde

Princippet om lasergenerering

Generering af laser involverer tre grundlæggende fysiske processer: stimuleret stråling, spontan emission og stimuleret absorption.

Stimuleret stråling

Stimuleret stråling er nøglen til lasergenerering.Når en elektron på et højt energiniveau exciteres af en anden foton, udsender den en foton med samme energi, frekvens, fase, polarisationstilstand og udbredelsesretning i retning af denne foton.Denne proces kaldes stimuleret stråling.Det vil sige, at en foton kan "klone" en identisk foton gennem processen med stimuleret stråling og derved opnå forstærkning af lys.

Spontanemission

Når et atom, en ion eller et molekyles elektron går fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau, frigiver det fotoner af en vis mængde energi, som kaldes spontan emission.Emissionen af ​​sådanne fotoner er tilfældig, og der er ingen sammenhæng mellem de udsendte fotoner, hvilket betyder, at deres fase, polarisationstilstand og udbredelsesretning alle er tilfældige.

Stimuleret absorption

Når en elektron på et lavt energiniveau absorberer en foton med en energiniveauforskel svarende til dens egen, kan den exciteres til et højt energiniveau.Denne proces kaldes stimuleret absorption.

I lasere bruges normalt et resonanshulrum bestående af to parallelle spejle til at forbedre den stimulerede strålingsproces.Det ene spejl er et totalreflektionsspejl, og det andet spejl er et semireflektionsspejl, som kan tillade en del af laseren at passere igennem.

Fotonerne i lasermediet reflekterer frem og tilbage mellem to spejle, og hver refleksion producerer flere fotoner gennem den stimulerede strålingsproces, hvorved der opnås forstærkning af lys.Når lysintensiteten stiger til en vis grad, genereres laser gennem et halvreflekterende spejl.