Лазер - устройство и принцип действия
Лазер – одно из наиболее ярких и полезных изобретений XX века, открывшее перед человечеством огромное количество новых направлений деятельности.
Прежде всего, давайте разберемся, что это такое – лазер?
Английское слово LASER образовано от сокращения «light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе на русский означает «усиление света посредством вынужденного излучения». И здесь что ни слово – то скрытый физический смысл.
Лазерный луч представляет собой когерентный, монохромный, поляризованный узконаправленный световой поток. Если говорить человеческим языком, то это означает следующее:
- Когерентный – то есть такой, где частота излучения всеми источниками синхронна (ведь свет – это волна в электромагнитном поле, испускаемая атомами и обладающая своей частотой).
- Монохромный – значит сосредоточенный в узком диапазоне длин волн.
- Поляризованный – обладающий направленным вектором колебания электромагнитного поля (само это колебание – и есть световая волна).
Одним словом, это луч света, испускаемый мало того, что синхронными источниками, так еще и в очень узком диапазоне, причем направленно.
Устройство лазера.
Основой устройства служит оптический квантовый генератор, который, используя электрическую, химическую, тепловую или какую-то другую энергию, производит лазерный луч. А производит он его посредством вынужденного или, как еще говорят, индуцированного излучения – то есть когда атом, в который попадает фотон (частица света), не поглощает его, а излучает еще один фотон, являющийся точной копией первого (когерентный). Таким образом, происходит усиление света.
Лазеры как правило состоят из трех частей:
- Источник энергии или механизм накачки;
- Рабочее тело;
- Система зеркал или оптический резонатор.
За что отвечает каждая из этих частей:
Источник энергии, что очевидно из названия, подает необходимую для работы устройства энергию. Для лазеров применяются различные виды энергии, зависящие от того, что именно используется в качестве рабочего тела. Такой первоначальной энергией, в числе прочего, может выступать и другой источник света, а также электрический разряд, химическая реакция и т.д. Здесь нужно упомянуть, что свет – это передача энергии и фотон – не только частица или, говоря иначе, квант света, но и частица энергии.
Рабочее тело – это наиболее важная составляющая лазера. Оно как раз и является телом, в котором находятся атомы, излучающие когерентные фотоны. Для того, чтобы процесс излучения когерентных фотонов произошел, рабочее тело подвергается энергетической накачке, которая приводит, грубо говоря, к тому, что большая часть атомов, из которых состоит рабочее тело, перешли в возбужденное энергетическое состоянии с общим знаменателем. В этом состоянии переход к обратному – основному - не возбужденному состоянию произойдет, если через атом пройдет фотон, соответствующий по своей энергии разнице между этими двумя состояниями атома. Таким образом, возбужденный атом, при переходе в основное состояние добавляет к «пролетавшему через него» фотону его точную копию.
Именно рабочее тело определяет все наиболее важные характеристика лазера, такие как мощность, диапазон и т.п. Выбор рабочего тела производится из соображений, диктуемых нам тем, что мы хотим получить от этого лазера.
Вариантов тут очень много: всех агрегатные состояний (газ, твердое, жидкость и даже плазма), и всевозможные материалы.
Оптический резонатор – это обыкновенная система зеркал, расположенных вокруг рабочего тела, ведь оно излучает свет во всех направлениях, а нам нужно собрать в один узкий пучок. Для этой цели и служит оптический резонатор.
