Лазерный свет
Лазерный свет очень отличается от обычного света. Лазерный свет обладает следующими свойствами:
Выделяемый свет монохроматичен. Он содержит одну специфическую длину волны света (один специфический цвет). Длина волны света определяется количеством энергии, высвобождаемой при падении электрона на более низкую орбиту.
Высвобождаемый свет когерентен. Он "организован" - каждый фотон движется в ногу с другими. Это означает, что все фотоны имеют волновые фронты, которые запускаются в унисон.
Свет очень направлен. Лазерный свет имеет очень плотный луч и очень сильный и концентрированный. Фонарик, с другой стороны, высвобождает свет во многих направлениях, и свет очень слабый и рассеянный.
Для реализации этих трех свойств требуется нечто, называемое стимулированным излучением. Этого не происходит в обычном фонаре - во фонаре все атомы высвобождают свои фотоны случайным образом. В вынужденном излучении фотонное излучение организовано.
Фотон, который высвобождает любой атом, имеет определенную длину волны, которая зависит от разницы в энергии между возбужденным и основным состоянием. Если этот фотон (обладающий определенной энергией и фазой) столкнется с другим атомом, имеющим электрон в таком же возбужденном состоянии, то может произойти вынужденное излучение. Первый фотон может стимулировать или индуцировать атомное излучение таким образом, что последующий испускаемый фотон (от второго атома) вибрирует с той же частотой и в том же направлении, что и входящий фотон.
Другой ключ к лазеру - это пара зеркал, по одному на каждом конце среды лазера. Фотоны с очень специфическими длиной волны и фазой отражаются от зеркал, чтобы перемещаться туда и обратно через среду. В процессе этого они стимулируют другие электроны, чтобы сделать скачок энергии вниз, и могут вызвать излучение большего количества фотонов с той же длиной волны и фазы. Происходит каскадный эффект, и вскоре мы распространили много, много фотонов с той же длиной волны и фазы. Зеркало на одном конце лазера "наполовину серебристое", что означает, что оно отражает некоторый свет и пропускает некоторый свет. Свет, который пропускает его - это лазерный свет.
Вы можете увидеть все эти компоненты на рисунках на следующей странице, которые иллюстрируют, как работает простой рубиновый лазер.
Типы лазеров
Существует много различных типов лазеров. Лазерная среда может быть твердой, газовой, жидкой или полупроводниковой. Лазеры обычно обозначаются типом используемого материала лазера:
Твердотельные лазеры имеют материал, распределенный в твердой матрице (например, рубиновый или неодимовый:иттрий-алюминиевый гранатовый "Yag" лазер). Лазер неодим-Яг излучает инфракрасный свет на 1064 нанометров (нм). Нанометр - 1х10-9 метров.
Газовые лазеры (наиболее распространенные газовые лазеры - гелиево-неоновые, гелий-неоновые, He-Ne) имеют первичный выход видимого красного света. CO2 лазеры излучают энергию в дальней инфракрасной области и используются для резки твердых материалов.
Эксимерные лазеры (название происходит от терминов "возбужденные" и "диммеры") используют реактивные газы, такие как хлор и фтор, смешанные с инертными газами, такими как аргон, криптон или ксенон. При электрическом стимулировании образуется псевдомолекула (димер). При лазерировании димер производит свет в ультрафиолетовом диапазоне.
Лазеры на красителях используют сложные органические красители, такие как родамин 6G, в жидком растворе или суспензии в качестве среды лазера. Они настраиваются в широком диапазоне длин волн.
Полупроводниковые лазеры, иногда называемые диодными лазерами, не являются полупроводниковыми лазерами. Эти электронные устройства, как правило, очень малы по размеру и используют малое энергопотребление. Они могут быть встроены в более крупные массивы, такие как источник записи в некоторых лазерных принтерах или CD-плеерах.
Какова длина волны?
Рубиновый лазер (изображенный ранее) является твердотельным лазером и излучает на длине волны 694 нм. Другие среды лазера могут быть выбраны в зависимости от желаемой длины волны излучения (см. таблицу ниже), необходимой мощности и длительности импульса. Некоторые лазеры очень мощные, такие как CO2-лазер, который может резать сталь. Причина, по которой CO2-лазер настолько опасен, заключается в том, что он излучает лазерный свет в инфракрасной и микроволновой областях спектра. Инфракрасное излучение - это тепло, и этот лазер в основном плавится через то, на что он сфокусирован.
Другие лазеры, такие как диодные лазеры, очень слабые и используются в современных карманных лазерных указках. Эти лазеры обычно испускают красный луч света, который имеет длину волны от 630 нм до 680 нм. Лазеры используются в промышленности и исследованиях, чтобы сделать много вещей, в том числе с помощью интенсивного лазерного света, чтобы возбудить другие молекулы, чтобы наблюдать за тем, что с ними происходит.
