Як працює лазер?

Теорія роботи лазера

Що таке лазер?

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — це пристрій, який генерує інтенсивний, когерентний пучок світла через процес стимульованого випромінювання електромагнітного випромінювання.

Основні компоненти лазера

• Активне середовище: Речовина, яка може підтримувати інверсію населеності рівнів
• Система накачки: Джерело енергії для створення інверсії населеності
• Оптичний резонатор: Система дзеркал для зворотного зв'язку
• Вихідний дзеркало: Частково прозоре дзеркало для виходу променя

Процес стимульованого випромінювання

Коли атом знаходиться в збудженому стані, він може спонтанно випромінювати фотон і переходити в нижній енергетичний стан. Якщо на збуджений атом діє фотон з тією ж енергією, що відповідає різниці енергетичних рівнів, то атом випромінює другий фотон, ідентичний першому. Це називається стимульованим випромінюванням.

Інверсія населеності

Для роботи лазера необхідно створити ситуацію, коли більше атомів знаходиться в збудженому стані, ніж в основному. Це досягається за допомогою системи накачки, яка передає енергію активному середовищу.

Оптичний резонатор

Резонатор складається з двох дзеркал, розташованих паралельно. Одне дзеркало повністю відбиває світло, а інше частково прозоре. Це створює зворотний зв'язок, дозволяючи світлу багаторазово проходити через активне середовище і посилюватися.

Поріг генерації

Лазер починає генерувати світло тільки коли посилення в активному середовищі перевищує втрати в резонаторі. Це називається порогом генерації лазера.

Застосування лазерів

Медицина

• Лазерна хірургія та косметологія
• Лазерна терапія
• Діагностичні процедури

Промисловість

• Лазерне різання та зварювання
• Маркування та гравіювання
• 3D-друк

Телекомунікації

• Волоконно-оптичні мережі
• Передача даних
• Оптичні датчики

Наука та дослідження

• Спектроскопія
• Інтерферометрія
• Квантові експерименти