Dannelse af laser

generelle scener
terminologibibliotek
Opkomsten af lasers markerede første gang, at mennesker havde opnået kontrollen over fotoner. Lasere er specielle lyskilder, der forstærker lys gennem stimuleret stråling, og deres dannelsesproces omfatter flere fysiske mekanismer såsom kvantemekanik, optisk resonans og energiexcitation. Følgende er de hovedsagelige faktorer, der bidrager til dannelsen af lasere:
I. Stimuleret emission og partikelinversion
Opstanden af laserer begyndte med kvantovergange mellem atomers energiniveauer. Når et elektron absorberer energi og overgår til et højere energitilstand, er systemet i en ustabil tilstand. På dette tidspunkt frigiver elektroner energi på to måder:
Spontan emission: Elektroner hopper tilbage til et lavere energitilstand på tilfældige måder og udsender fotoner med forskellige retninger og faser.
Stimuleret emission: Når en ekstern fotons energi matcher forskellen i energiniveau, vil det få elektroner i en opregnet tilstand til at frigive præcist de samme fotoner samtidig, hvilket dannemanden for optisk forstærkning.
Optisk forstærkning: Partikler på højere energiniveauer gennemgår stimuleret emission, udløst af indfaldende fotoner, hvilket genererer fotoner med samme fase og frekvens. Disse fotoner svinger gentagne gange i resonanskavet, hvilket udløser en kædereaktion og dannemand højintensitets koherent lys.
Partikelinversion: Pumpesystemet bryder den termiske ligevægt, hvilket gør det muligt for arbejdsstoffet at danne metastabile energiniveauer.
Ii. Optisk resonanskavet
Resonanskavetfeedback: Et optisk resonanskavet sammensat af to spejle tillader fotoner i en bestemt retning at rejse frem og tilbage flere gange. Når forvinsten overstiger tabet, vil der blive dannet en positiv feedbackløkke, og til sidst vil der blive afgivet en koherent stråle.
Valg af tilstand: Ved hjælp af kort hulrum-design eller gitterfeedback kontrolleres fordelingen af longitudinale og transverse tilstande for at opnå enkeltfrekvens- og enkelttilstandsudgang.
Energifokusering: Forkort den effektive længde af det arbejdsaktive stof og forøg laserens udgiftseffektivitet.
Iii. Bose-statistik
Identiske fotoner: Fotoner produceret ved stimuleret stråling har præcist den samme frekvens, fase og polarisationsstatus.
Bølgefunktionsoverlægning: En stor mængde identiske fotoner danner makroskopiske kvantetilstande, hvilket giver lyset perfekt sammenhæng.
Karakteristika ved laseren:
Retningsenhed: Afvigelsesvinklen for en almindelig lyskilde er relativt stor, mens afvigelsesvinklen for en laserskilding er relativt lille og dens retning er fikseret.
Enkeltfargethed: Spektralliniebredde af en laser er smalere end den af en almindelig lyskilde, så den har bedre enkeltfargethed.
Høj lysstyrke: Laseren emitterer højgradigt parallelt strålinger og kan udsendes med en højere koncentration.
Oprindelsen af laserne er en perfekt kombination af kvantemekanik og optisk ingeniørvidenskab. Dets kerne ligger i at opnå kontrollable forstærkning af lys gennem partikelinversionsforhold og stimuleret stråling. Udviklingen af laser teknologi fremmer innovationer i industrier såsom produktion, sundhedsvæsen og informations teknologi.