Как работает лазер?

Лазер – это устройство, способное генерировать узкий и мощный пучок света определенной длины волны. Слово «лазер» является аббревиатурой, означающей усиление света методом излучения испускаемого из активной среды. Открыт в 1960 году, лазер стал одним из важнейших изобретений 20 века и нашел применение в различных областях, начиная от медицины и заканчивая технологическим производством.

Для того чтобы понять, как работает лазер, необходимо разобраться в основных принципах его работы и физических явлениях, лежащих в его основе. В этой статье мы рассмотрим основные принципы работы лазера, его устройство и применение в различных отраслях науки и техники.

Основой работы лазера является явление индуцированного излучения, или стимулированной эмиссии. Это фундаментальное квантовое явление, открытое в 1917 году Альбертом Эйнштейном. Суть этого явления заключается в том, что при наличии излучения определенной частоты возбужденные атомы или молекулы могут испускать излучение такой же частоты, фаза которого совпадает с фазой внешнего излучения, что приводит к усилению излучения.

Для создания лазерного излучения необходимо обеспечить условия для усиления светового излучения в активной среде. Это достигается за счет создания инверсной заселенности – процесса, при котором количество возбужденных атомов или молекул превышает количество атомов или молекул на основном энергетическом уровне.

Лазер состоит из нескольких основных компонентов, включая активную среду, возбудителя, оптический резонатор и выходное зеркало. Активная среда представляет собой материал, способный обеспечить усиление светового излучения. Возбудитель служит источником энергии, необходимой для создания инверсной заселенности.

Оптический резонатор обеспечивает усиление излучения путем многократного отражения световых волн в активной среде, что способствует увеличению интенсивности излучения. Выходное зеркало позволяет вывести усиленный пучок света из резонатора, формируя лазерный луч.

Генерация лазерного излучения осуществляется в несколько этапов. Вначале происходит возбуждение активной среды с помощью возбудителя, что приводит к появлению инверсной заселенности. Затем, под действием оптического резонатора, происходит усиление излучения, которое затем выводится из резонатора через выходное зеркало в виде узкого и параллельного пучка света.

Лазеры нашли применение в самых различных областях. В медицине они используются для хирургических вмешательств, лечения заболеваний кожи, удаления татуировок и многих других целей. В промышленности лазеры применяются для резки и сверления материалов, маркировки изделий, а также для 3D печати.

В научных исследованиях лазеры используются для создания мощных источников света, исследования свойств материалов, генерации плазмы и других явлений. Они также нашли применение в телекоммуникациях, создании оптических накопителей информации и других технологиях.

Таким образом, лазер – это устройство, основанное на индуцированном излучении и обладающее способностью генерировать узкий и мощный световой пучок. Он нашел широкое применение в различных отраслях науки и техники благодаря своим уникальным свойствам и возможностям. Понимание принципов работы лазера позволяет развивать новые технологии и находить новые области его применения.