レーザーは、誘導放出による光増幅の略で、高度に焦点を絞ったコヒーレントな単色光を放射する装置です。通常の光源とは異なり、レーザーは非常に精密な光を生み出し、高精度で制御できます。このレッスンでは、特に光学分野におけるレーザーの原理、種類、用途について学習します。
レーザー動作の核となるのは、誘導放出のプロセスです。このプロセスでは、媒体 (気体、固体、または液体) 内の電子をより高いエネルギー レベルに励起することで光を増幅します。励起された電子は、より低いエネルギー レベルに戻ると、特定のエネルギーを持つ光子 (光粒子) を放出します。重要なのは、これらの光子が他の励起電子を刺激して追加の光子を放出し、光を増幅する連鎖反応を引き起こすことです。
レーザーの 3 つの主要コンポーネントは次のとおりです。
レーザー動作の鍵は、「反転分布」と呼ばれる状態を実現することです。反転分布とは、ゲイン媒体内の電子のうち、低エネルギー状態よりも励起状態にある電子の数が多い状態です。この状態は、誘導放出が吸収を上回るために必要です。
レーザーはゲイン媒体に基づいて分類できます。
レーザーは光学のさまざまな側面を変革し、幅広い用途に使用されています。
レーザーを使った詳細な実験には複雑な装置が必要ですが、レーザー光の干渉パターンを観察することで、その特性についての洞察が得られます。
干渉パターン:レーザー光が 2 つの近接したスリットを通過すると (ヤングの二重スリット実験として知られる設定)、スリットの後ろに配置されたスクリーン上に干渉パターンが生成されます。この明るい帯と暗い帯のパターンは、光の波動性とレーザー光のコヒーレンスを示しています。これらの帯の間の距離は、次の式で表すことができます。
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)ここで、 \(D\)隣接する明るい帯または暗い帯の間の距離、 \(\lambda\)はレーザー光の波長、 \(L\)はスリットからスクリーンまでの距離、 \(d\) 2 つのスリット間の距離です。
レーザーとその原理を理解することは、光学の分野を深く理解するだけでなく、通信、ヘルスケア、さまざまな科学的探究における革新への扉を開きます。レーザーは、その精度と細心の注意を払って制御できる能力により、現代のテクノロジーと研究に欠かせないツールとなっています。
