Το λέιζερ είναι μια από τις σημαντικές εφευρέσεις της ανθρωπότητας, γνωστό ως το «πιο λαμπρό φως».Στην καθημερινή ζωή, μπορούμε συχνά να δούμε διάφορες εφαρμογές λέιζερ, όπως ομορφιά με λέιζερ, συγκόλληση με λέιζερ, κουνουπιοκτονίες με λέιζερ και ούτω καθεξής.Σήμερα, ας έχουμε μια λεπτομερή κατανόηση των λέιζερ και των αρχών πίσω από τη γενιά τους.

Τι είναι το λέιζερ;

Το λέιζερ είναι μια πηγή φωτός που χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να δημιουργήσει μια ειδική δέσμη φωτός.Ένα λέιζερ παράγει φως lasing εισάγοντας ενέργεια από μια εξωτερική πηγή φωτός ή πηγή ενέργειας στο υλικό μέσω της διαδικασίας διεγερμένης ακτινοβολίας.

Το λέιζερ είναι μια οπτική συσκευή που αποτελείται από ένα ενεργό μέσο (όπως αέριο, στερεό ή υγρό) που μπορεί να ενισχύσει το φως και έναν οπτικό ανακλαστήρα.Το ενεργό μέσο σε ένα λέιζερ είναι συνήθως ένα επιλεγμένο και επεξεργασμένο υλικό και τα χαρακτηριστικά του καθορίζουν το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ.

Το φως που παράγεται από τα λέιζερ έχει πολλά μοναδικά χαρακτηριστικά:

Πρώτον, τα λέιζερ είναι μονόχρωμο φως με πολύ αυστηρές συχνότητες και μήκη κύματος, το οποίο μπορεί να καλύψει ορισμένες ειδικές οπτικές ανάγκες.

Δεύτερον, το λέιζερ είναι συνεκτικό φως και η φάση των κυμάτων φωτός είναι πολύ συνεπής, γεγονός που μπορεί να διατηρήσει σχετικά σταθερή ένταση φωτός σε μεγάλες αποστάσεις.

Τρίτον, τα λέιζερ είναι φως υψηλής κατεύθυνσης με πολύ στενές δέσμες και εξαιρετική εστίαση, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη υψηλής χωρικής ανάλυσης.

Το λέιζερ είναι μια πηγή φωτός

Η αρχή της παραγωγής λέιζερ

Η παραγωγή λέιζερ περιλαμβάνει τρεις βασικές φυσικές διαδικασίες: διεγερμένη ακτινοβολία, αυθόρμητη εκπομπή και διεγερμένη απορρόφηση.

Sρυθμιζόμενη ακτινοβολία

Η διεγερμένη ακτινοβολία είναι το κλειδί για την παραγωγή λέιζερ.Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε υψηλό ενεργειακό επίπεδο διεγείρεται από ένα άλλο φωτόνιο, εκπέμπει ένα φωτόνιο με την ίδια ενέργεια, συχνότητα, φάση, κατάσταση πόλωσης και κατεύθυνση διάδοσης προς την κατεύθυνση αυτού του φωτονίου.Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διεγερμένη ακτινοβολία.Δηλαδή, ένα φωτόνιο μπορεί να «κλωνοποιήσει» ένα πανομοιότυπο φωτόνιο μέσω της διαδικασίας διεγερμένης ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας έτσι την ενίσχυση του φωτός.

Sαυθόρμητη εκπομπή

Όταν το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου, ιόντος ή μορίου μεταβαίνει από ένα υψηλό επίπεδο ενέργειας σε ένα χαμηλό ενεργειακό επίπεδο, απελευθερώνει φωτόνια ορισμένης ποσότητας ενέργειας, η οποία ονομάζεται αυθόρμητη εκπομπή.Η εκπομπή τέτοιων φωτονίων είναι τυχαία και δεν υπάρχει συνοχή μεταξύ των εκπεμπόμενων φωτονίων, πράγμα που σημαίνει ότι η φάση, η κατάσταση πόλωσης και η κατεύθυνση διάδοσής τους είναι όλα τυχαία.

Sρυθμισμένη απορρόφηση

Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε χαμηλή ενεργειακή στάθμη απορροφά ένα φωτόνιο με διαφορά στάθμης ενέργειας ίση με τη δική του, μπορεί να διεγερθεί σε υψηλό ενεργειακό επίπεδο.Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διεγερμένη απορρόφηση.

Στα λέιζερ, μια κοιλότητα συντονισμού που αποτελείται από δύο παράλληλα κάτοπτρα χρησιμοποιείται συνήθως για την ενίσχυση της διεγερμένης διαδικασίας ακτινοβολίας.Ο ένας καθρέφτης είναι ένας καθρέφτης ολικής ανάκλασης και ο άλλος καθρέφτης είναι ένας καθρέφτης ημιανακλάσεως, ο οποίος μπορεί να επιτρέψει σε ένα τμήμα του λέιζερ να περάσει.

Τα φωτόνια στο μέσο λέιζερ αντανακλούν εμπρός και πίσω μεταξύ δύο κατόπτρων, και κάθε ανάκλαση παράγει περισσότερα φωτόνια μέσω της διαδικασίας διεγερμένης ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας έτσι την ενίσχυση του φωτός.Όταν η ένταση του φωτός αυξάνεται σε κάποιο βαθμό, το λέιζερ παράγεται μέσω ενός ημιανακλαστικού καθρέφτη.