Как работают лазеры? Простое и детальное объяснение

• Лазеры популярны благодаря способности создавать концентрированные пучки световой энергии.  

• Они используются в лазерных принтерах, устройствах для считывания штрих-кодов и в хирургии.  

• Лазеры позволяют обрабатывать материалы с высокой точностью и передавать информацию на большие расстояния.  

• Лазеры работают на явлении вынужденного светового излучения.  

• Название "лазер" происходит от английского "light amplification by stimulated emission of radiation".  

• Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.  

• Электроны не вращаются вокруг ядра, а находятся в электронных облаках.  

• Атомы могут находиться в основном или возбужденном состоянии, переходя между ними при поглощении энергии.  

• Атомы в возбужденном состоянии нестабильны и возвращаются в основное состояние, излучая энергию.  

• Энергия излучения определяется разницей между основным и возбужденным состояниями.  

• Это явление используется в спектральном анализе для определения химического состава веществ.  

• Спонтанное излучение происходит при переходе атомов из возбужденного в основное состояние.  

• Вынужденное излучение возникает при попадании фотона на атом в возбужденном состоянии.  

• Вынужденное излучение вызывает цепную реакцию, усиливая световой пучок.  

• Атомы быстро возвращаются в основное состояние, что мешает лавинообразному усилению света.  

• Для решения этой проблемы используют вещества с метастабильными состояниями.  

• Накачка вещества фотонами с определенной энергией позволяет накапливать атомы в возбужденном состоянии.  

• При правильной накачке вещества атомы в возбужденном состоянии накапливаются быстрее, чем в основном.  

• Это состояние называется инверсной населенностью энергетических уровней.  

• В среде с инверсной населенностью энергетических уровней фотоны с энергией E2-E0 вызывают массовое высвобождение энергии атомами.  

• Это приводит к усилению светового потока и лазерному эффекту.  

• Для работы лазера нужны рабочее тело с соответствующей картой энергетических уровней и мощный источник энергии для накачки.  

• Для накачки используются газоразрядные лампы или светодиоды, производящие фотоны с энергией E1-E0.  

• После создания инверсной населенности запускается процесс клонирования фотонов.  

• Проблема в том, что фотоны излучаются в случайных направлениях, что создает множество стаек фотонов-близнецов.  

• Для создания мощного пучка фотонов нужен аналог естественного отбора.  

• Оптический резонатор состоит из двух зеркал, одно из которых непрозрачное, а другое полупрозрачное.  

• Фотоны, распространяющиеся перпендикулярно зеркалам, клонируются и образуют лазерный луч.  

• Лазеры с твердым кристаллом, такие как рубины и сапфиры, широко используются.  

• Лазеры на газах, например, аргон и ксенон, также широко применяются.  

• Жидкостные лазеры на органических красителях нашли применение в медицине.  

• Полупроводниковые лазеры, такие как лазерные диоды, просты в изготовлении и дешевы.  

• Лазеры применяются в различных областях, включая медицину и промышленность.  

• Подписывайтесь на канал и поддержите проект, став спонсором.