Laser är en av mänsklighetens viktiga uppfinningar, känd som "det starkaste ljuset".I det dagliga livet kan vi ofta se olika laserapplikationer, såsom laserskönhet, lasersvetsning, lasermyggdödare och så vidare.I dag ska vi ha en detaljerad förståelse av lasrar och principerna bakom deras generation.

Vad är en laser?

Laser är en ljuskälla som använder en laser för att generera en speciell ljusstråle.En laser genererar laserljus genom att mata in energi från en extern ljuskälla eller kraftkälla i materialet genom processen med stimulerad strålning.

En laser är en optisk enhet som består av ett aktivt medium (som gas, fast eller vätska) som kan förstärka ljus och en optisk reflektor.Det aktiva mediet i en laser är vanligtvis ett utvalt och bearbetat material, och dess egenskaper bestämmer laserns utgående våglängd.

Ljuset som genereras av lasrar har flera unika egenskaper:

För det första är lasrar monokromatiskt ljus med mycket strikta frekvenser och våglängder, som kan möta vissa speciella optiska behov.

För det andra är laser koherent ljus, och ljusvågornas fas är mycket konsekvent, vilket kan upprätthålla relativt stabil ljusintensitet över långa avstånd.

För det tredje är lasrar starkt riktat ljus med mycket smala strålar och utmärkt fokusering, som kan användas för att uppnå hög rumslig upplösning.

Laser är en ljuskälla

Principen för lasergenerering

Genereringen av laser involverar tre grundläggande fysiska processer: stimulerad strålning, spontan emission och stimulerad absorption.

Stimulerad strålning

Stimulerad strålning är nyckeln till lasergenerering.När en elektron på en hög energinivå exciteras av en annan foton, avger den en foton med samma energi, frekvens, fas, polarisationstillstånd och utbredningsriktning i den fotonens riktning.Denna process kallas stimulerad strålning.Det vill säga, en foton kan "klona" en identisk foton genom processen av stimulerad strålning, och därigenom uppnå förstärkning av ljus.

Spontan emission

När en atom, jon eller molekyls elektron övergår från en hög energinivå till en låg energinivå frigör den fotoner med en viss mängd energi, vilket kallas spontan emission.Emissionen av sådana fotoner är slumpmässig, och det finns ingen koherens mellan de emitterade fotonerna, vilket betyder att deras fas, polarisationstillstånd och utbredningsriktning alla är slumpmässiga.

Stimulerad absorption

När en elektron på en låg energinivå absorberar en foton med en energinivåskillnad som är lika med dess egen, kan den exciteras till en hög energinivå.Denna process kallas stimulerad absorption.

I lasrar används vanligtvis en resonanshålighet som består av två parallella speglar för att förbättra den stimulerade strålningsprocessen.En spegel är en totalreflektionsspegel, och den andra spegeln är en halvreflektionsspegel, som kan tillåta en del av lasern att passera igenom.

Fotonerna i lasermediet reflekteras fram och tillbaka mellan två speglar, och varje reflektion producerar fler fotoner genom den stimulerade strålningsprocessen, och uppnår därigenom förstärkning av ljus.När ljusets intensitet ökar i viss utsträckning genereras laser genom en halvreflekterande spegel.