Laser je jedným z dôležitých vynálezov ľudstva, známy ako „najjasnejšie svetlo“. V každodennom živote sa často stretávame s rôznymi laserovými aplikáciami, ako je laserová kozmetika, laserové zváranie, laserové ničiče komárov atď. Dnes sa podrobnejšie pozrieme na lasery a princípy ich vzniku.
Čo je to laser?
Laser je svetelný zdroj, ktorý využíva laser na generovanie špeciálneho svetelného lúča. Laser generuje laserové svetlo vstupom energie z externého zdroja svetla alebo zdroja energie do materiálu prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia.
Laser je optické zariadenie zložené z aktívneho média (ako je plyn, pevná látka alebo kvapalina), ktoré dokáže zosilniť svetlo, a optického reflektora. Aktívne médium v laseri je zvyčajne vybraný a spracovaný materiál a jeho vlastnosti určujú výstupnú vlnovú dĺžku laseru.
Svetlo generované lasermi má niekoľko jedinečných vlastností:
Po prvé, lasery sú monochromatické svetlo s veľmi prísnymi frekvenciami a vlnovými dĺžkami, ktoré môže spĺňať niektoré špeciálne optické požiadavky.
Po druhé, laser je koherentné svetlo a fáza svetelných vĺn je veľmi konzistentná, čo umožňuje udržiavať relatívne stabilnú intenzitu svetla na dlhé vzdialenosti.
Po tretie, lasery vyžarujú vysoko smerové svetlo s veľmi úzkymi lúčmi a vynikajúcim zaostrením, ktoré možno použiť na dosiahnutie vysokého priestorového rozlíšenia.
Laser je zdroj svetla
Princíp generovania laseru
Generovanie laseru zahŕňa tri základné fyzikálne procesy: stimulované žiarenie, spontánnu emisiu a stimulovanú absorpciu.
Sstimulované žiarenie
Stimulované žiarenie je kľúčom k generovaniu laserového žiarenia. Keď je elektrón na vysokej energetickej hladine excitovaný iným fotónom, vyžaruje fotón s rovnakou energiou, frekvenciou, fázou, polarizačným stavom a smerom šírenia v smere tohto fotónu. Tento proces sa nazýva stimulované žiarenie. To znamená, že fotón môže „klonovať“ identický fotón prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia, čím sa dosiahne zosilnenie svetla.
Sspontánna emisia
Keď elektrón atómu, iónu alebo molekuly prechádza z vysokej energetickej hladiny na nízku energetickú hladinu, uvoľňuje fotóny s určitým množstvom energie, čo sa nazýva spontánna emisia. Emisia takýchto fotónov je náhodná a medzi emitovanými fotónmi neexistuje koherencia, čo znamená, že ich fáza, stav polarizácie a smer šírenia sú náhodné.
Sstimulovaná absorpcia
Keď elektrón na nízkej energetickej hladine absorbuje fotón s rozdielom energetických hladín rovným jeho vlastnej, môže byť excitovaný na vysokú energetickú hladinu. Tento proces sa nazýva stimulovaná absorpcia.
V laseroch sa na zosilnenie procesu stimulovaného žiarenia zvyčajne používa rezonančná dutina zložená z dvoch rovnobežných zrkadiel. Jedno zrkadlo je zrkadlo úplného odrazu a druhé zrkadlo je poloreflexné zrkadlo, ktoré umožňuje prechod časti laserového lúča.
Fotóny v laserovom médiu sa odrážajú tam a späť medzi dvoma zrkadlami a každý odraz produkuje viac fotónov prostredníctvom procesu stimulovaného žiarenia, čím sa dosahuje zosilnenie svetla. Keď sa intenzita svetla zvýši do určitej miery, laser sa generuje cez poloreflexné zrkadlo.
Čas uverejnenia: 7. decembra 2023
