Jak działa laser?

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to triumf nowoczesnej optyki. Wykorzystując kwantowy efekt mechaniczny zwany emisją stymulowaną, lasery wytwarzają spójną, prawie monochromatyczną wiązkę fotonów. Nie laserowe źródła światła zwykle generują niespójne, nieostre wiązki światła o różnych długościach fal, co uniemożliwia niektóre zastosowania.

Aby stworzyć laser, potrzebne są dwa elementy - ośrodek wzmocnienia i rezonansowa wnęka optyczna. Jako medium wzmacniające można stosować pewne kryształy, szkła, gazy, półprzewodniki, a nawet barwione ciecze. Medium wzmocnienia jest stymulowane przez źródło pompy energii, takie jak prąd elektryczny lub inny laser. Medium absorbuje energię, pobudzając stany cząstek w medium. Po osiągnięciu pewnego progu, zwanego odwróceniem populacji, świecenie przez medium powoduje bardziej stymulowaną emisję lub uwalnianie energii niż absorpcja.

Rezonansowa wnęka optyczna to specjalnie dobrana komora z lustrem na jednym końcu i półsrebrzonym lustrem na drugim. Dwie odblaskowe powierzchnie powodują, że światło uwięzione w środku odbija się tam i z powrotem przez środek wzmacniający, uzyskując większą energię z każdym przejściem. Kiedy ten efekt wyrówna się, mówi się, że wzmocnienie jest nasycone, a światło staje się prawdziwym światłem laserowym. Różne ośrodki wzmocnienia dają lasery o różnych długościach fal.

Dwie odmiany lasera są ciągłe i pulsacyjne. Laser ciągły jest bardziej przydatny w większości zastosowań, ale energia w laserze impulsowym może być bardzo duża. Stopień rozbieżności wiązki w czasie zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do jej średnicy. Małe wiązki rozchodzą się szybko, podczas gdy większe pozostają spójne.

Kiedy laser został opatentowany przez Bell Labs w 1960 r., Nie można mu było natychmiast nadawać żadnych zastosowań, chociaż spektrum, interferometria, radar i fuzja jądrowa zostały omówione jako potencjalne obszary zainteresowania. Dzisiaj laser jest jednym z najbardziej wszechstronnych cudów technologicznych, z zastosowaniami do przechowywania i wyszukiwania danych, cięcia laserowego, korekcji wzroku, pomiarów, pomiarów, holografii i wyświetlaczy, a nawet syntezy jądrowej. Maksymalna osiągalna intensywność impulsu laserowego wzrosła wykładniczo od połowy lat osiemdziesiątych. Pewnego dnia lasery można wykorzystać do generowania reakcji syntezy wytwarzającej energię netto, dostarczającej energię całej rasie ludzkiej. Mogą być również używane do wypychania żagli słonecznych w głąb kosmosu.