Laserin muodostuminen

Laserin muodostumisen fysikaaliset mekanismielementit: kvanttiympäristöstä fotonin synkronointiin
Laserien kehittyminen merkitsi ensimmäistä kertaa ihmisten kykyä hallita foteoneja. Sen periaate yhdistää useita aloja, kuten kvanttimekaniikkaa ja tarkkuusinsinöörityötä.
I. Kvanttiympäristys
Laserien syntymisprosessi alkoi kvanttiympäristyksillä atomisten energiatasojen välillä. Kun elektroni absorboidaan energiaa ja siirtyy korkeampaan energiatilaan, järjestelmä on epävakaassa tilassa. Tällöin elektroni vapauttaa energian kahdella tavalla:
Itseinen säteily: Elektronit hyppäävät satunnaisesti takaisin matalampaan energiatilaan ja lähettävät fotonit eri suuntauksissa ja vaiheissa.
Tunnustettu säteily: Kun ulkoisen fotonin energia vastaa energiatason eroa, se aiheuttaa hermostuneiden elektronien samanaikaisen saman fotonin vapauttamisen, mikä muodostaa optisen vahvistuksen perustan.
Ii. Avaimetekijät laserien syntymiselle
Osittenumero inversio
Pumppujärjestelmä rikkoo termodynaminen tasapainotila, mikä mahdollistaa työaineen muodostua meta-stabiileiksi energiatasoiksi. Esimerkiksi heliumi-neoni-laserissa heliumatomi siirtää energian neonatomeille, mikä aiheuttaa neonatomeilla osittenumero inversioilmiön.
Resonanssikaavion palautus
Kahden peilin muodostama optinen resonanssikaavioliike antaa fotonit tietyn suunnan mukaisesti kiertää monta kertaa eteenpäin ja taaksepäin. Kun hyötyyliikettä ylittää menetykset, muodostuu positiivinen palautusyhteys, ja lopulta koherentti säteilyvirta tuotetaan ulos.
Tilavalinta
Pituus- ja transversaalisuunnan tilojen jakautuminen ohjataan lyhyen kuution suunnittelulla tai ruutuohjauksella saavuttaakseen yksittäisen taajuuden ja -tilan tulosteen.
Kolmas. Bose tilastot
Samankaltaiset fotonit: Fotonit, jotka tuotetaan stimuloituun sähkökenttään, ovat täysin samanlaisia taajuudessa, vaiheessa ja polarisaatiotilassa.
Aaltofunktion ylitys: Suuri määrä samankaltaisia foteja muodostaa makroskooppisia kvanttitiloja, antaen valoille täydellisen koherenssin.
Tämä ominaisuus antaa laserille ominaisuuksia, joita tavalliset valosäteet eivät pysty vastaamaan:
Suuntaisuus: Yleisen valon lähdeksi olevan valon hajontakulma on suhteellisen suuri, kun taas laserivalon hajontakulma on suhteellisen pieni ja sen suunta on kiinteä.
Yksisävyisyys: Laserin spektraalirivikeli on kapeampi kuin tavallisen valolähteen, joten sen yksisävyisyys on parempi.
Korkean kirkkauden: Laseri lähettää erittäin rinnakkaisia sadepaksuja ja se voidaan lähettää korkeammalla konsentraatiolla.