Лазери, що розшифровується як підсилення світла стимульованим випромінюванням, — це пристрої, які випромінюють високосфокусоване, когерентне та монохроматичне світло. На відміну від звичайних джерел світла, лазери виробляють дуже точне світло, яким можна керувати з високою точністю. У цьому уроці розглядаються принципи роботи лазерів, їх типи та застосування, зокрема в галузі оптики.
В основі роботи лазера лежить процес вимушеного випромінювання. Цей процес включає посилення світла шляхом збудження електронів у середовищі (газі, твердому тілі чи рідині) до вищого рівня енергії. Коли ці збуджені електрони повертаються на нижчий енергетичний рівень, вони випускають фотони (світлові частинки) з певною енергією. Важливо, що ці фотони стимулюють інші збуджені електрони випускати додаткові фотони, створюючи ланцюгову реакцію, яка посилює світло.
Три основні компоненти лазера:
Ключем до роботи лазера є досягнення стану, який називається «інверсією заселеності», коли більше електронів у середовищі підсилення перебувають у збудженому стані, ніж у стані з нижчою енергією. Ця умова необхідна для того, щоб вимушене випромінювання переважало над поглинанням.
Лазери можна класифікувати залежно від середовища посилення:
Лазери змінили численні аспекти оптики та знайшли широке застосування:
Хоча для поглиблених експериментів із лазерами потрібне складне обладнання, спостереження за інтерференційними картинами лазерних променів може дати розуміння їхніх властивостей.
Інтерференційна картина: коли лазерне світло проходить через дві близько розташовані щілини (установка, відома як експеримент Янга з подвійною щілиною), вона створює інтерференційну картину на екрані, розташованому за щілинами. Ця картина яскравих і темних смуг демонструє хвильову природу світла та когерентність лазерного світла. Відстань між цими смугами можна визначити за допомогою рівняння:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)де \(D\) — відстань між сусідніми яскравими або темними смугами, \(\lambda\) — довжина хвилі лазерного світла, \(L\) — відстань від щілин до екрана, а \(d\) — відстань між двома щілинами.
Розуміння лазерів і їх принципів не тільки занурюється в сферу оптики, але й відкриває двері для інновацій у комунікації, охороні здоров’я та різноманітних наукових дослідженнях. Їх точність і можливість ретельного контролю роблять лазери незамінними інструментами в сучасних технологіях і дослідженнях.
