1. стимулированное излучение
Основной принцип лазерного источника полагается настимулированная эмиссия, процесс, впервые описанный Альбертом Эйнштейном ., когда возбужденная частица (атом, ион или молекула) на более высоком уровне энергии нарушена фотоном с энергией, соответствующей промежутке между уровнями энергии, он выпускает второй фотон, которыйидентичный по частоте, фазе и направлениюк входящему фотону . Это создает когерентное усиление света .
2. инверсия популяции
Для стимулированного излучения доминировать над спонтанным излучением (которое производит нетоглентный свет),инверсия населенияДолжен быть достигнут . Это означает, что количество частиц на более высоком уровне энергии превышает те, которые в более низком уровне энергии . Источник внешней энергии (e . g ., оптический напреды, электрический разряд) «Насосы» в среде усиления для достижения этого неравственного состояния {5}
3. оптический резонатор (полость)
Пара зеркал (одно полностью отражающее, одно частично отражающее) образует оптический резонатор, который:
Предоставляет обратную связь для повторного усиления света через среду усиления через несколько проходов .
Выбирает фотоны, путешествующие по оси полости, усиливая коллимацию луча (направление) .
Поддерживает конструктивные помехи, что приводит к резонансной амплификации на определенных длинах волн .
4. процесс генерации лазерного производства
Накачать: Энергия из источника насоса возбуждает частицы в увеличении средней до более высоких уровней энергии .
Спонтанное излучение: Некоторые частицы возвращаются на более низкие уровни, испуская случайные фотоны .
Стимулированная эмиссия: Выровненные фотоны (от резонатора) индуцируют больше частиц, чтобы испускать когерентно, усиливая свет .
Резонансное колебание: Усиленный свет отскакивает между зеркалами, растущий в интенсивности до тех пор, пока он не выходит через частично отражающее зеркало в виде сфокусированного лазерного луча .
Ключевые уравнения/принципы
Коэффициенты Эйнштейна: Опишите скорости стимулированного излучения, спонтанного излучения и поглощения .
Гауссовая теория луча: Моделируют распространение лазерных пучков, охарактеризованные низкой дивергенцией .
Получить средние свойства: Структура уровня энергии среды усиления (e . g ., твердый, газ, полупроводник) определяет выходную длину и эффективность волны лазера .
Таким образом, лазерный источник использует стимулированную эмиссию, инверсию популяции и оптический резонанс, чтобы генерировать очень когерентный, направленный и монохроматический световой луча, отличая его от обычных источников света, которые зависят от спонтанного излучения .
-- Rayther Laser Brain --