การก่อตัวของเลเซอร์

องค์ประกอบกลไกทางฟิสิกส์ของการก่อตัวของเลเซอร์: จากการเปลี่ยนแปลงควอนตัมไปจนถึงการประสานตัวของโฟตอน
การปรากฏตัวของเลเซอร์เป็นเครื่องหมายครั้งแรกที่มนุษย์สามารถควบคุมโฟตอนได้ หลักการทำงานของมันรวมเอาหลายสาขา เช่น เมคคาเนิกส์ควอนตัมและวิศวกรรมความแม่นยำ
ฉัน. การเปลี่ยนแปลงเชิงควอนตัม
การสร้างเลเซอร์เริ่มต้นจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงเชิงควอนตัมระหว่างระดับพลังงานของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนดูดซึมพลังงานและเปลี่ยนไปสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น ระบบจะอยู่ในสถานะที่ไม่มั่นคง ในช่วงเวลานี้ อิเล็กตรอนปล่อยพลังงานออกมาได้สองวิธี:
การแผ่รังสีแบบอิสระ: อิเล็กตรอนกระโดดกลับสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่าอย่างสุ่มและปล่อยโฟตอนออกมาในทิศทางและเฟสที่แตกต่างกัน
การแผ่รังสีแบบกระตุ้น: เมื่อพลังงานของโฟตอนภายนอกตรงกับความแตกต่างของระดับพลังงาน มันจะกระตุ้นให้อิเล็กตรอนที่อยู่ในสถานะตื่นตัวปล่อยโฟตอนที่เหมือนกันอย่างสมบูรณ์ออกมาพร้อมกัน ซึ่งเป็นพื้นฐานของการขยายแสง
ฉันฉาน. ปัจจัยสำคัญสำหรับการกำเนิดของเลเซอร์
การกลับตัวของจำนวนอนุภาค
ระบบปั๊มทำให้เกิดการเสียสมดุลทางความร้อน ซึ่งช่วยให้วัสดุที่ทำงานสร้างระดับพลังงานที่ไม่เสถียรได้ เช่น ในเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน อะตอมของฮีเลียมจะถ่ายโอนพลังงานไปยังอะตอมของนีออน ส่งผลให้อะตอมของนีออนเกิดการกลับตัวของจำนวนอนุภาค
การตอบสนองของ腎腔รีโซแนนต์
腎 cavity รีโซแนนต์แสงที่ประกอบด้วยกระจกสองแผ่น จะทำให้โฟตอนในทิศทางเฉพาะเดินทางไปมาหลายครั้ง เมื่อการเพิ่มขึ้นของสัญญาณมากกว่าการสูญเสีย จะเกิดวงจรการตอบสนองเชิงบวก และในที่สุดจะปล่อยลำแสงที่สอดคล้องกันออกมา
การเลือกโหมด
การกระจายของโหมดตามยาวและโหมดขวางถูกควบคุมผ่านการออกแบบ腫้องที่สั้นหรือการตอบกลับจากเกรตติ้งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ความถี่เดี่ยวและโหมดเดี่ยว
สถิติโบส (Bose Statistics)
โฟตอนที่เหมือนกัน: โฟตอนที่เกิดจากการแผ่รังสีแบบกระตุ้นมีความถี่ เฟส และสถานะการ Polarization เหมือนกันทุกประการ
การซ้อนทับฟังก์ชันคลื่น: จำนวน banyak โฟตอนที่เหมือนกันจะก่อร่างสร้าง quantum states ในระดับมหภาค มอบความสอดคล้องสมบูรณ์ให้กับแสง
ลักษณะเฉพาะนี้ทำให้เลเซอร์มีคุณสมบัติที่แหล่งกำเนิดแสงทั่วไปไม่สามารถเทียบได้
ทิศทาง: มุมการแพร่กระจายของแหล่งกำเนิดแสงทั่วไปค่อนข้างใหญ่ ในขณะที่ของแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ค่อนข้างเล็กและทิศทางของมันเป็นแบบคงที่
ความเป็นสีเดียว: ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์แคบกว่าแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป ดังนั้นมันจึงมีความเป็นสีเดียวดีกว่า
ความสว่างสูง: เลเซอร์ปล่อยลำแสงที่ขนานกันอย่างมากและสามารถปล่อยออกมาด้วยความเข้มข้นที่สูงกว่าได้