Ang pagsisimula ng laser

pangkalahatang sitwasyon
terminolohiya ng talaksan
Ang pagkilala ng laser ay tumanda bilang ang unang oras na nakamit ng mga tao ang kontrol sa mga photon. Ang mga laser ay espesyal na pinagmulan ng liwanag na umaangat sa pamamagitan ng pinagmulan ng liwanag sa pamamagitan ng pagsisikap na radiasyon, at ang kanilang proseso ng pagsasanay ay sumasaklaw sa maraming pisikal na mekanismo tulad ng mekanika ng kuantum, optikong resonansya, at enerhiyang ekitasyon. Ang mga sumusunod ay ang pangunahing mga kadahilanang nagdulot sa pagsasanay ng mga laser:
I. Pinagmulan ng Emission at Pagbaligtad ng Bilang ng Partikula
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.
Pagsisikat optiko: Ang mga partikula sa mataas na antas ng enerhiya ay umuundergo ng pinagmulan ng emission na kinikilabot ng mga insidente na photons, nagpapakita ng photons na may parehong fase at frekwensiya. Ang mga photons na ito ay umuoscilate maraming beses sa resonant cavity, pumupuno ng isang serye ng reaksyon at bumubuo ng mataas na intensidad na kohesibong liwanag.
Pagbaligtad ng bilang ng partikula: Ang pumping system ay naghahatol sa estado ng termaikal na ekwilibriyo, pagpapahintulot sa trabaho na anyo upang bumuo ng metastable na antas ng enerhiya.
Ii. Optikong Resonant Cavity
Resonant cavity feedback: Ang optikong resonant cavity na binubuo ng dalawang salamin ay nagpapahintulot sa mga photons sa isang tiyak na direksyon na maglakbay pabalik at pabalik maraming beses. Kapag ang gain ay humihigit sa pagkawala, isang positibong loop ng feedback ang babuong at sa huli ay isang kohesibong beam ang ipinapalabas.
Piling ng Mode: Sa pamamagitan ng disenyo ng maikling cavity o grating feedback, kinontrol ang pag-uunlad ng mga mode na longitudinal at transverse upang maabot ang output na single-frequency at single-mode.
Konsentrasyon ng Enerhiya: Ipinipigil ang epektibong haba ng anyo ng trabaho at tinataas ang katubusan ng laser 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.
Mga Karakteristikang ng Laser:
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 Brilliance: Ang laser ay naglalabas ng mabibilis na beaming at maaaring ilabas sa mas mataas na konsentrasyon.
Ang pagsulong ng mga laser ay isang perpektong kombinasyon ng mekanika ng kuantum at optical engineering. Nakatutulak ang kanyang pangunahing bahagi sa pagkamit ng kontroladong pag-amplify ng liwanag sa pamamagitan ng particle number inversion at stimulated radiation. Ang pag-unlad ng mga laser ay nagpapabilis sa mga pagbabago sa industriya tulad ng paggawa, healthcare, at information technology.