Лазер, это одно из самых удивительных научных открытий, которое привело к революции в различных областях науки и техники. Лазерное излучение, или свет с высокой когерентностью и монохроматичностью, является основой для работы лазерных устройств. Разработка и исследование лазеров началось в середине 20 века и сегодня они широко используются в медицине, промышленности, научных исследованиях, коммуникациях и других сферах.
Принцип работы лазера основан на явлениях, связанных с возбуждением атомов или молекул их энергией. В основе лазерного излучения лежит явление индуцированного испускания, когда атом или молекула, находясь в возбужденном состоянии, испускает фотон с энергией, равной разности энергий между его возбужденным состоянием и основным состоянием. В отличие от спонтанного испускания, при индуцированном испускании фотон распространяется в одной фазе и в одном направлении.
Основными элементами лазера являются активная среда, создающая световое излучение, и элементы для обратной связи и усиления. Активная среда обычно состоит из атомов или молекул определенного вещества, например, газа или твердого тела. Она может иметь различные конфигурации, в зависимости от типа лазера и его предназначения.
Применение лазеров охватывает широкий спектр областей. В медицине они используются для хирургических операций, лечения кожных заболеваний, коррекции зрения и многих других процедур. В промышленности применяются лазеры для резки, сварки, гравировки и измерения. Лазеры также используются в научных исследованиях, например, для создания плазмы высокой температуры или изучения свойств материалов. Кроме того, лазерного излучение широко применяется в коммуникационных системах, включая оптический интернет и передачу данных.
Как работает лазер: принципы и применение технологии
Структура лазера включает в себя следующие ключевые компоненты:
- Активная среда: это вещество или материал, который имеет способность усиливать и генерировать свет. Наиболее распространенными активными средами являются газы (например, гелий-неон), твердые материалы (например, кристаллы Nd:YAG), полупроводники (например, галлиевый арсенид) и даже жидкости.
- Система помпы: это источник энергии, который используется для накачки активной среды и достижения возбуждения атомов или молекул. Помпирование может осуществляться различными способами, включая оптическую, электрическую или химическую энергию.
- Зеркала: это два отражающих поверхности, помещенных на концах активной среды, которые служат для удержания света в резонаторе лазера и формирования лазерного излучения. Один из зеркал является частично прозрачным, чтобы позволить небольшое количество света выходить из лазера.
- Резонатор: это пространство между зеркалами, где происходит усиление света и генерация лазерного излучения. Форма резонатора может быть различной, например, плоской, цилиндрической или сферической.
После того, как лазер запущен, помповая система предоставляет энергию, чтобы возбудить атомы или молекулы в активной среде. Затем атомы или молекулы реляксируют и излучают световые кванты через процесс стимулированного излучения. Световые кванты отражаются между зеркалами резонатора, усиливаясь с каждым проходом. Наконец, часть света покидает лазер через частично прозрачное зеркало, образуя лазерный луч.
Лазеры имеют разнообразные применения в различных отраслях. Они используются для научных исследований, медицинских процедур, компьютерных технологий, изготовления и обработки материалов, коммуникационных систем и многого другого. Например, лазеры могут быть использованы в хирургии для точной резки тканей, в CD- и DVD-проигрывателях для чтения оптических дисков, в лазерных принтерах для формирования изображений на бумаге и в лазерных указках для указания на объекты.