Ang pagsisimula ng laser

Ang mga elemento ng mekanismo pisikal sa pagsasanay ng laser: mula sa kuantong paglipat hanggang sa sinkronisasyon ng photon
Ang pag-usbong ng laser ay tumandaan ng unang pagkakataon na nakamit ng mga tao ang manipulasyon ng photons. Ang kanyang prinsipyo ay nag-uugnay ng maraming disiplina tulad ng kuantong mekanika at precisions na inhinyerya.
I. Kuantum na Pagsasanay
Ang pagbubuo ng mga laser ay nagsimula sa kuantum na pagsasanay sa pagitan ng mga antas ng enerhiya ng atomo. Kapag isang elektron ay tumatanggap ng enerhiya at lumalapit sa mas mataas na estado ng enerhiya, ang sistema ay nasa hindi makakabuntong estado. Sa oras na ito, bumubuga ang elektron ng enerhiya sa dalawang paraan:
Pribilehiyado na pag-emit: Ang mga elektron ay sumusunod-sunod na bumabalik sa mas mababang antas ng enerhiya at ipinapapel ang mga photon na may magkakaibang direksyon at fase.
Pinag-uulanan na pag-emit: Kapag ang enerhiya ng isang panlabas na photon ay tugma sa pagkakaiba ng antas ng enerhiya, ito ay magiging sanhi upang ang mga elektron sa isang kinikilabot na estado ay paniwalaan ang parehong photon, na nagiging pundasyon ng amplipikasyon ng optiko.
Ii. mga Punong Bansa Para sa Pagbubuhos ng mga Laser
Pagbaligtad ng bilang ng partikula
Ang sistemang pumpe ay nagbubusag sa estado ng terikal na ekwilibriyo, pagiging-daan sa trabahong anyo upang mabuo ang mga metastable na antas enerhiya. Halimbawa, sa isang helium-neon laser, ang mga atom ng helium ay nagdadala ng enerhiya sa mga atom ng neon, na nagiging sanhi ng pagsasanay ng mga atom ng neon upang mabuo ang pagbaligtad ng bilang ng partikula.
Pagsisinggo ng resonant cavity
Isang optikal na resonant cavity na binubuo ng dalawang salamin ay nagpapahintulot sa mga photon sa isang tiyak na direksyon na umuwi at umalis maraming beses. Kapag ang gain ay nakakahuli sa pagkawala, isang positibong loop ng pagsisinggo ay maihahanda, at sa wakas ay isang coherent na sugat ay ipinapalabas.
Piling mode
Kinokontrol ang pagdistributo ng mga longitudinal at transverse mode sa pamamagitan ng maikling disenyong cavity o grating feedback upang maabot ang single-frequency at single-mode output.
Iii. Bose Statistics
Mga idedyentikong photon: Ang mga photon na ipinroduce ng pinagpupulong na radiasyon ay eksaktong magkakaparehong frequency, phase at estado ng polarisasyon.
Superposisyon ng wave function: Isang malaking bilang ng mga idedyentikong photon na nagbubuo ng makrobpiskong mga estado ng kuantiko, nagbibigay sa liwanag ng perpektong koherensya.
Ang katangiang ito ay nagbibigay sa mga laser ng mga characteristics na hindi maaaring pantayin ng mga ordinaryong pinagmulan ng liwanag:
Direksyonalyidad: Ang divergence angle ng isang pangkalahatang pinagmulan ng liwanag ay kasinglaki, habang ang divergence angle ng isang laser light source ay mas maliit at ang direksyonya ay tetrapido.
Monokromatikong Anyo: Ang spectral line width ng laser ay mas maikli kaysa sa isang ordinaryong pinagmulan ng liwanag, kaya't mas mabuting monokromatikong anyo ito.
Mataas na Kaliliran: Ang laser ay nag-eemit ng napaka-paralelong mga beam at maaaring mag-emit ng mas mataas na kontraposisyon.