Laser werden in einer Vielzahl von Produkten und Technologien eingesetzt, und die Vielfalt ist erstaunlich.Es scheint, dass alles einen Laser im Schatten hat.Was ist der Unterschied zwischen einem Laserstrahl und einem Taschenlampenstrahl?
NASA Langley Forschungszentrum
Die optische Schadensschwellenprüfvorrichtung besteht aus drei Lasern: hochenergetisch gepulstes Neodym-Yttrium-Aluminium
Granatlaser, Titan-Saphir-Laser und Resonanz-He-Ne-Laser.
NASA Langley Forschungszentrum
Die optische Schadensschwellenprüfvorrichtung besteht aus drei Lasern: hochenergetisch gepulstes Neodym-Yttrium-Aluminium
Granatlaser, Titan-Saphir-Laser und Resonanz-He-Ne-Laser.
Es gibt nur etwa 100 verschiedene Atome im ganzen Universum. Alles, was wir sehen, besteht aus mehr als 100 Atomen, die auf unendliche Weise kombiniert sind.Die Art und Weise, wie diese Atome zueinander angeordnet sind, bestimmt, ob das gebildete Objekt ein Glas Wasser ist., ein Stück Metall, oder der Schaum in einer Sodaflasche!
Atome sind in ständiger Bewegung. Sie vibrieren, bewegen sich und drehen sich ständig, und sogar die Atome, aus denen unsere Sitze bestehen, sind in ständiger Bewegung. Feststoffe bewegen sich tatsächlich!Atome haben verschiedene Erregungszustände.Wenn einem Atom genug Energie gegeben wird, kann es vom Grundzustandsenergielevel zum aufgeregten Zustandsenergielevel steigen.Das Energieniveau des erreichten Zustands hängt davon ab, wie viel Energie dem Atom in Form von Wärme gegeben wird., Licht, Elektrizität usw.
Das folgende Diagramm veranschaulicht die Struktur der Atome gut:
Das einfachste Atommodell
Es besteht aus einem Atomkern und Elektronen, die um ihn kreisen.
Es besteht aus einem Atomkern und Elektronen, die um ihn kreisen.
Ein einfaches Atom besteht aus einem Kern (der Protonen und Neutronen enthält) und einer Wolke von Elektronen.Wir können uns Elektronen in einer Elektronenwolke vorstellen, die in verschiedenen Umlaufbahnen um den Kern reisen..
Selbst wenn wir Atome mit moderner Technologie betrachten, können wir die diskreten Orbitalen von Elektronen nicht sehen, aber es hilft, diese Orbitalen als die verschiedenen Energieniveaus von Atomen zu betrachten.Wenn wir ein Atom erhitzen, können einige Elektronen in niedrigen Energieorbitalen erregt werden, um in höhere Energieorbitalen zu springen, die weiter vom Kern entfernt sind.
Energieabsorption:
Atome können Energie in Form von Wärme, Licht, Elektrizität usw. absorbieren. Das Elektron kann dann von einem niedrigen Energieorbital zu einem hohen Energieorbital springen.
Obwohl diese Beschreibung einfach ist, zeigt sie den Grundsatz, wie Atome Laser bilden.
Nach dem Übergang des Elektrons zu einer höheren Energiebahn kehrt es schließlich in den Grundzustand zurück.Sie werden sehen, dass Atome ständig Energie in Form von Photonen abgeben.Zum Beispiel wird das Heizelement in einem Ofen hellrot, wo die rote Farbe das rote Photon ist, das von durch Hitze erregenen Atomen freigesetzt wird.Was Sie sehen, ist eine Vielzahl von verschiedenen Farben von Licht, das von Phosphoratomen emittiert wird, die von Hochgeschwindigkeitselektronen erregt werden.Jedes leuchtende Objekt, einschließlich Leuchtstofflampen, Gaslampen und Glühlampen, strahlt Licht aus, indem es die Umlaufbahnen von Elektronen ändert und Photonen freisetzt.
Ein Laser ist ein Gerät, das die Freisetzung von Photonen von erreichten Atomen steuert..Dieser Name beschreibt kurz, wie der Laser funktioniert.
Obwohl es viele Arten von Lasern gibt, haben sie alle einige grundlegende Eigenschaften.ein hochintensiver Blitz oder Entladung kann das Medium pumpen, was wiederum eine große Anzahl von Atomen (Atome mit hochenergetischen Elektronen) in einem erreichten Zustand erzeugt.Es muss eine große Anzahl von Atomen in einem aufgeregten Zustand habenIm Allgemeinen müssen Atome aufgeregt werden, um zwei oder drei Energieniveaus über dem Grundzustand zu erreichen.Die Populationsumkehrung ist das Zahlenverhältnis zwischen Atomen im aufgeregten Zustand und Atomen im Grundzustand.
Wenn das Lasermedium gepumpt wird, umfasst es eine Anzahl von Atomen mit aufgeregten Elektronen.Ebenso wie ein Elektron eine gewisse Menge an Energie absorbieren kann, um einen erreichten Zustand zu erreichen.Wie in der Abbildung unten gezeigt, so lange das Elektron auf die untere Ebene springt, wird es etwas von seiner Energie freisetzen.Die freigesetzte Energie wird in Form von Photonen (Lichtenergie) umgewandeltDas emittierte Photon hat eine bestimmte Wellenlänge (Farbe), abhängig vom Energiezustand des Elektrons zum Zeitpunkt seiner Freisetzung.Zwei Atome mit dem gleichen elektronischen Zustand emittieren Photonen der gleichen Wellenlänge.
Das Laserlicht unterscheidet sich stark vom gewöhnlichen Licht und weist folgende Merkmale auf:
Ein Laser enthält Licht einer bestimmten Wellenlänge (d. h. einer bestimmten Farbe).Die Wellenlänge des Lichts wird durch die Energie bestimmt, die von den Elektronen freigesetzt wird, wenn sie zu einer niedrigeren Energiebahn zurückkehren.
Der ausgestrahlte Laser hat eine gute Kohärenz. Die Struktur des Lasers ist besser, und jedes Photon folgt dem anderen Photon. Das heißt, die Wellenfront aller Photonen ist genau die gleiche.
Laserstrahlen sind kompakt, fokussiert und extrem energetisch. Im Gegenteil, das von der Taschenlampe ausgestrahlte Licht wird in mehrere Richtungen zerstreut,und die Lichtenergie ist schwach und die Konzentration ist niedrig.
Um diese drei Eigenschaften zu erlangen, bedarf es eines Prozesses, der als stimulierte Emission bezeichnet wird. Dieses Phänomen kann in einer normalen Taschenlampe nicht beobachtet werden, weil ihre Atome zufällig Photonen abgeben.Bei stimulierter Emission, Atome emittieren Photonen in einer organisierten Weise.
Das vom Atom emittierte Photon hat eine spezifische Wellenlänge, die vom Energieunterschied zwischen dem erregenen Zustand und dem Grundzustand abhängt.Wenn ein Photon (mit einer bestimmten Energie und Phase) ein anderes Atom berührt, das ein Elektron im gleichen erregtem Zustand hatDas erste Photon kann das Atom erregen oder dazu führen, ein Photon auszusenden, und das emittierte Photon (d. h.das vom zweiten Atom emittierte Photon) in der gleichen Frequenz und Richtung wie das eingehende Photon oszilliert.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Lasers ist ein Spiegelpaar, das sich an jedem Ende des Lasermediums befindet.Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge und Phase reisen durch die Reflexion der Reflectoren an beiden Enden zwischen dem Lasermedium hin und herDadurch werden sie mehr Elektronen erregen, um von hochenergetischen zu niederen Energiebahnen zu springen, was mehr Photonen derselben Wellenlänge und Phase emittiert.Das wird dann einen Wasserfall erzeugen.Der Spiegel an einem Ende des Lasermediums ist Semi-Reflexion Beschichtung, d.h.Es reflektiert nur einen Teil des Lichts.Das Licht, das hindurchgeht, ist ein Laser.
Der Rubinlaser besteht aus einem Blitzrohr ähnlich einem Kamera-Blitz, einem Rubinstäbchen und zwei Spiegeln (von denen einer ein halbreflektierender Spiegel ist).und die Blitzröhre ist die Pumpenquelle.