Как работает лазер и какие световые явления связаны с его принципом работы?

Лазер (лазерное устройство) — это электрооптическое устройство, которое производит усиление световых волн и генерирует узконаправленный, монохроматический свет. Работа лазера основана на трех основных световых явлениях:

1. Излучательная рекомбинация: Лазеры используют активные среды, такие как кристаллы, газы или полупроводники, которые содержат атомы или молекулы с возбужденными энергетическими состояниями. При взаимодействии возбужденных атомов или молекул с энергией, например, через стимулированное излучение или коллизии, происходит переход из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние. При этом энергия излучается в виде фотонов света.

2. Усиление света: В активной среде лазера происходит усиление света путем стимулированного излучения. Когда фотон проходит через активную среду, он может столкнуться с атомом или молекулой, находящимися в возбужденном состоянии. При этом атом или молекула переходят в нижнее энергетическое состояние, излучая дополнительный фотон с той же энергией, фазой и направлением, что и падающий фотон. Этот процесс вызывает усиление света и создание каскада стимулированного излучения.

3. Обратная связь: В лазере используется оптический резонатор, состоящий из зеркал, которые отражают световые волны. Одно из зеркал является частично прозрачным, позволяя некоторой части света выходить из резонатора. Когда свет проходит через активную среду и отражается между зеркалами, он усиливается и накапливается. Это создает обратную связь, которая удерживает световую энергию внутри резонатора и позволяет генерировать монохроматический, узконаправленный лазерный луч.

Таким образом, лазерный луч состоит из когерентных фотонов с одинаковой фазой и направлением движения. Лазеры нашли широкое применение в различных областях, включая науку, медицину, коммуникации, измерения и многие другие.