Lasers worden gebruikt in een breed scala aan producten en technologieën, en de verscheidenheid is verbazingwekkend.Het lijkt erop dat alles een laser in zijn schaduw heeft.Wat is het verschil tussen een laserstraal en een zaklampstraal?
NASA Langley Research Center
Het apparaat voor de proef van de drempelwaarde voor optische schade bestaat uit drie lasers: hoogenergetisch gepulseerd neodymium-yttrium aluminium
Granatenlasers, titanium-safierlasers en resonantie He-ne lasers.
NASA Langley Research Center
Het apparaat voor de proef van de drempelwaarde voor optische schade bestaat uit drie lasers: hoogenergetisch gepulseerd neodymium-yttrium aluminium
Granatenlasers, titanium-safierlasers en resonantie He-ne lasers.
Er zijn maar ongeveer 100 verschillende atomen in het hele universum. Alles wat we zien bestaat uit meer dan 100 atomen gecombineerd op een oneindig aantal manieren.De manier waarop deze atomen onderling zijn gerangschikt bepaalt of het gevormde voorwerp een glas water isEen stuk metaal of het schuim in een frisdrankfles.
Atomen zijn in voortdurende beweging. Ze trillen, bewegen en draaien voortdurend, en zelfs de atomen waaruit onze stoelen bestaan, zijn in voortdurende beweging. Vaste stoffen bewegen werkelijk!Atomen hebben verschillende opwindingstoestanden.Als een atoom voldoende energie krijgt, kan het van het basisniveau naar het energieniveau van de opgewonden staat stijgen.Het energieniveau van de opgewonden staat hangt af van hoeveel energie het atoom krijgt in de vorm van warmte, licht, elektriciteit, enz.
Het volgende diagram illustreert de structuur van atomen goed:
Het eenvoudigste atoommodel
Het bestaat uit een atoomkern en elektronen die eromheen draaien.
Het bestaat uit een atoomkern en elektronen die eromheen draaien.
Een eenvoudig atoom bestaat uit een kern (met protonen en neutronen) en een wolk van elektronen.We kunnen denken aan elektronen in een elektronenwolk als reizen in een aantal verschillende banen rond de kern.
Zelfs als we met moderne technologie naar atomen kijken, kunnen we de discrete orbitalen van elektronen niet zien, maar het helpt om aan deze orbitalen te denken als de verschillende energieniveaus van atomen.als we een atoom verwarmen, kunnen sommige elektronen in lage-energie orbitalen opgewonden zijn om te springen in hogere-energie orbitalen verder weg van de kern.
Energieopname:
Atomen kunnen energie absorberen in de vorm van warmte, licht, elektriciteit, enz. Het elektron kan dan springen van een laag-energie-orbital naar een hoog-energie-orbital.
Hoewel deze beschrijving eenvoudig is, onthult ze wel het kernprincipe van hoe atomen lasers vormen.
Na de overgang van het elektron naar een hogere energiebaan, zal het uiteindelijk terugkeren naar de basistoestand.Je zult zien dat atomen voortdurend energie afgeven in de vorm van fotonen.Bijvoorbeeld, het verwarmingselement in een oven wordt helderrood, waarbij de rode kleur het rode foton is dat wordt vrijgegeven door door warmte opgewonden atomen.Wat je ziet is een verscheidenheid aan verschillende kleuren licht uitgezonden door fosforatomen opgewonden door hoge snelheid elektronenElk lichtgevend object, inclusief fluorescerende lampen, gaslampen en gloeilampen, zendt licht uit door de banen van elektronen te veranderen en fotonen vrij te geven.
Een laser is een apparaat dat de afgifte van fotonen van opgewonden atomen regelt..Deze naam beschrijft kort hoe de laser werkt.
Hoewel er veel soorten lasers zijn, hebben ze allemaal een aantal basiskenmerken.een hoge intensiteit flits of ontlading kan het medium pompen, die op zijn beurt een groot aantal atomen (atomen met hoogenergetische elektronen) in een opgewonden toestand produceert.Het moet een groot aantal atomen in een opgewonden staat hebben.In het algemeen moeten atomen worden opgewonden om te stijgen tot twee of drie energieniveaus boven de basistoestand.De populatie-inversie is de verhouding tussen het aantal atomen in de geexciteerde toestand en de atomen in de grondtoestand.
Wanneer het lasermedium wordt gepompt, bevat het een aantal atomen met opgewonden elektronen.Net zoals een elektron een bepaalde hoeveelheid energie kan absorberen om een opgewonden toestand te bereikenZoals in de onderstaande figuur te zien is, zolang het elektron naar het lagere niveau springt, zal het een deel van zijn energie vrijgeven.De vrijgekomen energie wordt omgezet in de vorm van fotonen (lichtenergie)Het uitgezonden foton heeft een specifieke golflengte (kleur), afhankelijk van de energietoestand van het elektron op het moment van de afgifte.Twee atomen met dezelfde elektronische staat zenden fotonen van dezelfde golflengte uit.
Laserlicht verschilt sterk van gewoon licht en heeft de volgende kenmerken:
De uitgezonden laser is monochromatisch. Een laser bevat licht van een specifieke golflengte (dat wil zeggen een specifieke kleur).De golflengte van licht wordt bepaald door de energie die door de elektronen wordt vrijgegeven als ze terugkeren naar een laagere energiebaan.
De uitgestraalde laser heeft een goede coherentie. De structuur van de laser is beter, en elk foton volgt het andere foton. Dat wil zeggen, het golffront van alle fotonen is precies hetzelfde.
De laser heeft een goede richting. Laserstralen zijn compact, gefocust en extreem energiek.en de lichtenergie is zwak en de concentratie is laag.
Om deze drie eigenschappen te bereiken, is een proces nodig dat gestimuleerde emissie wordt genoemd.In gestimuleerde emissie, atomen uitzenden fotonen op een georganiseerde manier.
Het door het atoom uitgezonden foton heeft een specifieke golflengte, die afhankelijk is van het energieverschil tussen de opgewonden toestand en de grondtoestand.Als een foton (met een bepaalde energie en fase) een ander atoom raakt dat een elektron in dezelfde opgewonden toestand heeftHet eerste foton kan het atoom prikkelen of leiden tot het uitzenden van een foton, en het uitgezonden foton (dat wil zeggen,het door het tweede atoom uitgezonden foton) oscilleert in dezelfde frequentie en richting als het inkomende foton.
Een ander belangrijk onderdeel van de laser is een paar spiegels aan elk uiteinde van het lasermedium.Photonen van een specifieke golflengte en fase reizen heen en weer tussen het lasermedium door de reflectie van de reflectoren aan beide uiteindenDaarbij zullen ze meer elektronen opwekken om van hoogenergetische naar lage-energetische banen te springen, wat meer fotonen van dezelfde golflengte en fase zal uitzenden.Dat zal vervolgens produceren van waterval.De spiegel aan het ene uiteinde van het lasermedium is een halfreflectie-coating, dat wil zeggen:Het reflecteert slechts een deel van het licht.Het licht dat doorgaat is een laser.
De rubynlaser bestaat uit een flitsbuis die vergelijkbaar is met een flitscamera, een rubynstaaf en twee spiegels (waarvan één een semi-reflecterende spiegel is).en de flitsbuis is de pompbron.