Лазеры используются в самых разных продуктах и технологиях, и разнообразие удивительно.Кажется, что все имеет лазер в своей тени.Но что именно такое лазер? Какая разница между лазерным лучом и лучом фонаря?
Исследовательский центр НАСА Лэнгли
Устройство для испытания порога оптического повреждения имеет три лазера: высокоэнергетический импульсный неодим-итрий алюминия
Граннетные лазеры, титано-сапфировые лазеры и резонансные лазеры.
Исследовательский центр НАСА Лэнгли
Устройство для испытания порога оптического повреждения имеет три лазера: высокоэнергетический импульсный неодим-итрий алюминия
Граннетные лазеры, титано-сапфировые лазеры и резонансные лазеры.
Все, что мы видим, состоит из более чем 100 атомов, объединенных бесконечное количество способов.То, как эти атомы расположены между собой, определяет, является ли образующийся объект стаканом воды., кусок металла, или пену в бутылке соды!
Атомы непрерывно движутся, постоянно вибрируют, двигаются и вращаются, и даже атомы, из которых состоят наши сиденья, постоянно движутся.Атомы имеют несколько различных состояний возбужденияЕсли атому дается достаточно энергии, он может подняться с уровня энергии базового состояния до уровня энергии возбужденного состояния.Уровень энергии возбужденного состояния зависит от того, сколько энергии дается атому в виде тепла., свет, электричество и т.д.
Следующая диаграмма хорошо иллюстрирует структуру атомов:
Самая простая атомная модель
Он состоит из атомного ядра и электронов, вращающихся вокруг него.
Он состоит из атомного ядра и электронов, вращающихся вокруг него.
Простой атом состоит из ядра (содержит протоны и нейтроны) и облака электронов.Мы можем думать об электронах в электронном облаке как путешествующих по ряду различных орбит вокруг ядра.
Даже если мы посмотрим на атомы с помощью современных технологий, мы не сможем увидеть дискретные орбитали электронов, но это помогает думать об этих орбиталах как о разных энергетических уровнях атомов.Если мы нагреем атом, некоторые электроны в низкоэнергетических орбиталах могут быть возбуждены, чтобы прыгнуть в более высокоэнергетические орбиталы дальше от ядра.
Поглощение энергии:
Атомы могут поглощать энергию в виде тепла, света, электричества и т. д. Затем электрон может перейти с низкоэнергетической орбиты на высокоэнергетическую орбиту.
Хотя это описание простое, оно раскрывает основной принцип, как атомы образуют лазеры.
После перехода электронов на более высокую энергетическую орбиту они в конечном итоге возвращаются в основное состояние.Вы увидите, что атомы постоянно излучают энергию в виде фотонов.Например, нагревательный элемент в печи становится ярко-красным, где красный цвет - это красный фотон, выделяемый атомами, возбужденными теплом.То, что вы видите, это разнообразные цвета света, излучаемого атомами фосфора, возбужденными высокоскоростными электронами.Любой светящийся объект, включая люминесцентные лампы, газовые лампы и лампы накаливания, излучает свет, изменяя орбиты электронов и высвобождая фотоны.
Лазер - это устройство, которое контролирует высвобождение фотонов от возбужденных атомов..Это название кратко описывает, как работает лазер.
Хотя существует много типов лазеров, все они имеют некоторые основные характеристики.Вспышка или разряд высокой интенсивности могут накачивать средуДля эффективной работы лазера требуется, чтобы у него было достаточно энергии, чтобы он мог работать.Он должен иметь большое количество атомов в возбужденном состоянииВ целом, атомы должны быть возбуждены, чтобы подняться до двух или трех уровней энергии выше основного состояния.Инверсия популяции - это соотношение числа атомов в возбужденном состоянии и атомов в основном состоянии.
Когда лазерная среда накачивается, она включает в себя ряд атомов с возбужденными электронами.Как электрон может поглотить определенное количество энергии, чтобы достичь возбужденного состояния.Как показано на рисунке ниже, если электрон перемещается на более низкий уровень, он освобождает часть своей энергии.Выделяемая энергия преобразуется в фотоны (светлую энергию)Излучаемый фотон имеет определенную длину волны (цвет), в зависимости от энергетического состояния электрона в момент его высвобождения.Два атома с одинаковым электронным состоянием излучают фотоны одинаковой длины волны.
Лазерный свет сильно отличается от обычного света.
Излучаемый лазер является монохромным. Лазер содержит свет определенной длины волны (то есть определенного цвета).Длина волны света определяется энергией, выделяемой электронами, когда они возвращаются на орбиту с более низкой энергией.
Излучаемый лазер имеет хорошую когерентность. Структура лазера лучше, и каждый фотон следует за другим фотоном. То есть, фронт волны всех фотонов точно такой же.
Лазер имеет хорошую направляемость. Лазерные лучи компактны, сфокусированы и чрезвычайно энергичны. Наоборот, свет, излучаемый фонариком, рассеивается во многих направлениях.и энергия света слабая и концентрация низкая.
Для достижения этих трех свойств требуется процесс, называемый стимулируемым излучением.При стимулируемой эмиссии, атомы излучают фотоны организованным образом.
Фотоны, излучаемые атомами, имеют определенную длину волны, которая зависит от разницы энергии между возбужденным состоянием и основным состоянием.Если фотон (с определенной энергией и фазой) касается другого атома, который имеет электрон в том же возбужденном состоянииПервый фотон может возбуждать или направлять атом, чтобы излучить фотон, и излучаемый фотон (т. е.фотон, излучаемый вторым атомом) колеблется с той же частотой и направлением, что и входящий фотон..
Еще одним ключевым компонентом лазера является пара зеркал, расположенных в каждом конце лазерной среды.Фотоны определенной длины волны и фазы путешествуют туда и обратно между лазерной средой через отражение отражателей на обоих концахПри этом они возбуждают больше электронов, чтобы перейти с высокоэнергетических на низкоэнергетические орбиты, которые излучают больше фотонов той же длины волны и фазы,который впоследствии произведёт водопад в свою очередь, большое количество фотонов одной длины волны и фазы быстро собираются в лазер.Он отражает только часть света.Свет, который проходит через него, это лазер.
Рубиновый лазер состоит из лампы вспышки, похожей на лампу вспышки камеры, рубиновой палочки и двух зеркал (одно из которых является полуотражающим зеркалом).и лампочка - источник накачки.