Лазеры, что означает усиление света путем стимулированного излучения, представляют собой устройства, излучающие высокосфокусированный, когерентный и монохроматический свет. В отличие от обычных источников света, лазеры излучают очень точный свет, которым можно управлять с высокой точностью. На этом уроке рассматриваются принципы работы лазеров, их типы и применение, особенно в области оптики.
В основе работы лазера лежит процесс стимулированного излучения. Этот процесс включает усиление света путем возбуждения электронов в среде (газе, твердом теле или жидкости) на более высокий энергетический уровень. Когда эти возбужденные электроны возвращаются на более низкий энергетический уровень, они испускают фотоны (световые частицы) с определенной энергией. Важно отметить, что эти фотоны стимулируют другие возбужденные электроны испускать дополнительные фотоны, создавая цепную реакцию, которая усиливает свет.
Три основных компонента лазера:
Ключом к работе лазера является достижение состояния, называемого «инверсией населенности», когда больше электронов в усиливающей среде находится в возбужденном состоянии, чем в состоянии с более низкой энергией. Это условие необходимо для того, чтобы вынужденное излучение преобладало над поглощением.
Лазеры можно разделить на категории в зависимости от их усиливающей среды:
Лазеры изменили многие аспекты оптики и нашли широкое применение:
Хотя для углубленных экспериментов с лазерами необходимо сложное оборудование, наблюдение интерференционных картин лазерного излучения может дать представление об их свойствах.
Интерференционная картина: когда лазерный свет проходит через две близко расположенные щели (установка, известная как эксперимент Янга с двумя щелями), он создает интерференционную картину на экране, расположенном за щелями. Этот узор из ярких и темных полос демонстрирует волновую природу света и когерентность лазерного света. Расстояние между этими полосами можно определить уравнением:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)где \(D\) — расстояние между соседними яркими или темными полосами, \(\lambda\) — длина волны лазерного света, \(L\) — расстояние от щелей до экрана, \(d\) — расстояние между двумя щелями.
Понимание лазеров и их принципов не только погружает в область оптики, но и открывает двери для инноваций в области связи, здравоохранения и различных научных исследований. Их точность и возможность тщательного контроля делают лазеры незаменимыми инструментами в современных технологиях и исследованиях.
