Skapandet av laser

generella scener
termbank
Uppkomsten av lasers markerade första gången som människor hade uppnått kontrollen över fotoner. Lasrar är speciella ljuskällor som förstärker ljus genom stimulerad strålning, och dess bildningsprocess omfattar flera fysikaliska mekanismer såsom kvantmekanik, optisk resonans och energiupphetsning. Följande är de huvudsakliga faktorerna som bidrar till bildningen av lasers:
I. Stimulerad emission och partikelnummerinversion
Genereringen av lasers började med kvantövergångar mellan atomära energinivåer. När en elektron absorberar energi och övergår till ett högre energitillstånd är systemet i ett instabilt tillstånd. Vid detta tillfälle släpper elektronen energi på två sätt:
Självständig emission: Elektronerna hoppar slumpmässigt tillbaka till ett lägre energitillstånd och emitterar fotoner med olika riktningar och faser.
Inducerad emission: När energin hos en extern foton matchar differensen i energinivåer, kommer den att诱导era elektronerna i ett upphetsat tillstånd att samtidigt släppa exakt samma foton, vilket bildar grunden för optisk förstärkning.
Optisk förstärkning: Partiklar på höga energinivåer går genom stimulerad emission utlöst av inkommande fotoner, vilket genererar fotoner med samma fas och frekvens. Dessa fotoner oscillerar upprepade gånger i den resonerande kaviten, utlöser en kedjereaktion och bildar högintensivt koherent ljus.
Invertering av partikelantal: Pumpsystemet bryter den termiska jämviktsstaten, vilket gör att arbetsämnet kan bildas metastabila energinivåer.
Ii. Optisk Resonanskavit
Resonanskavitsåterkoppling: En optisk resonanskavit bestående av två speglar låter fotoner i en specifik riktning resa fram och tillbaka flera gånger. När vinsten överstiger förlusten kommer en positiv återkopplingslång att bildas, och slutligen kommer ett koherent stråle att utges.
Lägeval: Genom kort kavitedesign eller gitteråterkoppling kontrolleras distributionen av longitudinella och transversella lägen för att uppnå enskilt frekvens- och lägeutgång.
Energifokusering: Förkorta den effektiva längden av arbetsämnet och förbättra lasers utgångseffektivitet.
Iii. Bose-statistik
Identiska fotoner: Fotoner som produceras av stimulerad strålning har exakt samma frekvens, fas och polariseringsläge.
Vågfunktionsöverlappning: En stor mängd identiska fotoner bildar makroskopiska kvanttilstånd, vilket ger ljuset perfekt koherens.
Laserens egenskaper:
Riktning: Avståndsvinkeln för en vanlig ljuskälla är relativt stor, medan avståndsvinkeln för en lasers källa är relativt liten och dess riktning är fäst.
Enfärghet: Spektrallinjens bredd för en laser är smalare än för en vanlig ljuskälla, vilket ger den bättre enfärghet.
Hög ljusstyrka: Lasern emitterar högst parallella strålar och kan utstrålas med en högre koncentration.
Lasers bildning är en perfekt kombination av kvantmekanik och optisk teknik. Dess kärna ligger i att uppnå kontrollerbar förstärkning av ljus genom partikelinversionsprocessen och stimulerad emission. Utvecklingen av laser teknik bidrar till innovationer inom industrier som tillverkning, hälsovård och informations teknik.