Каким образом поглощение и испускание света атомами могут быть использованы для создания лазеров?

Поглощение и испускание света атомами играют ключевую роль в создании лазеров. Лазер (лазерное излучение по английски Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — это устройство, которое генерирует и усиливает узконаправленный и когерентный пучок света.

Процесс создания лазерного излучения включает несколько элементов:

1. Поглощение света: Атомы в активной среде лазера, такой как газ, жидкость или твердое тело, поглощают энергию от внешнего источника света или электрического разряда. Это приводит к возбуждению электронов в атомах на более высокие энергетические уровни.

2. Испускание света: Возбужденные электроны в атомах возвращаются на более низкие энергетические уровни, испуская световую энергию в процессе спонтанного излучения. Эти испущенные фотоны имеют различные энергии и направления, что приводит к несогласованному и неузконаправленному световому излучению.

3. Стимулированное испускание: В лазере используется особый процесс, называемый стимулированным испусканием. Если фотон с определенной энергией и направлением столкнется с атомом в возбужденном состоянии, это возбужденный атом может испустить второй фотон той же энергии, фазы и направления. Этот процесс приводит к усилению и выравниванию фазы световых волн.

4. Усиление света: Процесс стимулированного испускания приводит к усилению световой энергии, так как каждый испущенный фотон стимулирует испускание других фотонов. Это создает положительную обратную связь и усиливает световой сигнал.

5. Резонатор: Лазер также содержит резонатор, который отражает световые волны между двумя зеркалами. Один из зеркал несколько пропускает свет, обеспечивая выход лазерного излучения.

В результате этих процессов, лазер генерирует узконаправленный, монохроматический и когерентный пучок света, который может быть использован в различных областях, таких как наука, медицина, коммуникации, измерения и многих других.