Laser được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm và công nghệ, và sự đa dạng là đáng kinh ngạc.có vẻ như mọi thứ đều có tia laser trong bóng của nóNhưng chính xác là laser là gì? Sự khác biệt giữa tia laser và tia đèn pin là gì?
Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA
Thiết bị thử nghiệm ngưỡng tổn thương quang có ba laser: cao năng lượng xung neodymium-yttrium nhôm
Laser granet, laser titanium-saphir và laser He-ne cộng hưởng.
Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA
Thiết bị thử nghiệm ngưỡng tổn thương quang có ba laser: cao năng lượng xung neodymium-yttrium nhôm
Laser granet, laser titanium-saphir và laser He-ne cộng hưởng.
Chỉ có khoảng 100 nguyên tử khác nhau trong toàn vũ trụ. Mọi thứ chúng ta thấy được tạo thành từ hơn 100 nguyên tử kết hợp theo vô số cách.Cách mà các nguyên tử được sắp xếp giữa nhau quyết định liệu vật thể được hình thành có phải là một ly nước, một mảnh kim loại, hoặc bọt trong một chai soda!
Các nguyên tử đang chuyển động liên tục. Chúng rung động, chuyển động và quay liên tục, và ngay cả các nguyên tử tạo nên chỗ ngồi của chúng ta cũng đang chuyển động liên tục.Các nguyên tử có nhiều trạng thái kích thích khác nhauNếu đủ năng lượng được cung cấp cho một nguyên tử, nó có thể tăng từ mức năng lượng trạng thái cơ bản lên mức năng lượng trạng thái kích thích.Mức năng lượng của trạng thái kích thích phụ thuộc vào lượng năng lượng được cung cấp cho nguyên tử dưới dạng nhiệt, ánh sáng, điện, vv
Biểu đồ sau minh họa tốt cấu trúc của các nguyên tử:
Mô hình nguyên tử đơn giản nhất
Nó được tạo thành từ một hạt nhân nguyên tử và các electron quay quanh nó.
Nó được tạo thành từ một hạt nhân nguyên tử và các electron quay quanh nó.
Một nguyên tử đơn giản bao gồm một hạt nhân (có chứa proton và neutron) và một đám mây electron.Chúng ta có thể nghĩ về các electron trong một đám mây electron như đi trong một số quỹ đạo khác nhau xung quanh hạt nhân.
Ngay cả khi chúng ta nhìn vào các nguyên tử với công nghệ hiện đại, chúng ta không thể thấy các quỹ đạo riêng biệt của các electron, nhưng nó giúp suy nghĩ về các quỹ đạo này như các mức năng lượng khác nhau của các nguyên tử.nếu chúng ta làm nóng một nguyên tử, một số electron trong các quỹ đạo năng lượng thấp có thể được kích thích để nhảy vào các quỹ đạo năng lượng cao xa hơn từ hạt nhân.
Nạp năng lượng:
Các nguyên tử có thể hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt, ánh sáng, điện, v.v. Điện tử sau đó có thể nhảy từ một quỹ đạo năng lượng thấp sang một quỹ đạo năng lượng cao.
Mặc dù mô tả này rất đơn giản, nhưng nó tiết lộ nguyên tắc cốt lõi của cách các nguyên tử tạo thành tia laser.
Sau khi chuyển đổi điện tử sang quỹ đạo năng lượng cao hơn, cuối cùng nó sẽ trở lại trạng thái cơ bản. Trong quá trình này, điện tử giải phóng năng lượng dưới dạng photon (một loại hạt ánh sáng).Bạn sẽ thấy rằng các nguyên tử liên tục phát ra năng lượng dưới dạng photonVí dụ, các yếu tố sưởi ấm trong lò nướng sẽ chuyển sang màu đỏ tươi, màu đỏ là photon đỏ được giải phóng bởi các nguyên tử kích thích bởi nhiệt.những gì bạn thấy là một loạt các màu sắc khác nhau của ánh sáng phát ra bởi các nguyên tử phosphorus kích thích bởi các electron tốc độ caoBất kỳ vật thể sáng nào, bao gồm đèn huỳnh quang, đèn khí và đèn sợi đốt, phát ra ánh sáng bằng cách thay đổi quỹ đạo của các electron và giải phóng photon.
Laser là một thiết bị kiểm soát việc giải phóng photon từ các nguyên tử kích thích..Tên này mô tả ngắn gọn cách hoạt động của laser.
Mặc dù có nhiều loại laser, nhưng tất cả đều có một số đặc điểm cơ bản. Trong laser, môi trường laser phải được bơm để làm cho các nguyên tử ở trạng thái kích thích.một tia chớp hoặc giải phóng cường độ cao có thể bơm môi trường, từ đó tạo ra một số lượng lớn các nguyên tử (các nguyên tử chứa các electron năng lượng cao) trong trạng thái kích thích.nó phải có một số lượng lớn các nguyên tử trong một trạng thái kích thíchNói chung, các nguyên tử phải được kích thích để tăng lên hai hoặc ba mức năng lượng trên trạng thái cơ bản.Sự đảo ngược quần thể là tỷ lệ số lượng giữa các nguyên tử ở trạng thái kích thích và các nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
Khi môi trường laser được bơm, nó bao gồm một số nguyên tử với các electron kích thích.Giống như một electron có thể hấp thụ một lượng năng lượng nhất định để đạt đến trạng thái kích thíchNhư hình bên dưới cho thấy, miễn là electron nhảy xuống mức thấp hơn, nó sẽ giải phóng một phần năng lượng của nó.Năng lượng được giải phóng được chuyển thành hình thức của photon (năng lượng ánh sáng)Photon phát ra có bước sóng (màu sắc) cụ thể, tùy thuộc vào trạng thái năng lượng của electron tại thời điểm phát hành.Hai nguyên tử với cùng trạng thái điện tử phát ra các photon cùng bước sóng.
Ánh sáng laser rất khác với ánh sáng thông thường. Nó có các tính năng sau:
Laser phát ra là đơn sắc. Một laser chứa ánh sáng có bước sóng cụ thể (tức là màu sắc cụ thể).Độ dài sóng của ánh sáng được xác định bởi năng lượng được giải phóng bởi các electron khi chúng quay trở lại quỹ đạo năng lượng thấp hơn.
Laser phát ra có sự gắn kết tốt. Cấu trúc của laser tốt hơn, và mỗi photon đi theo photon khác. nghĩa là, mặt trận sóng của tất cả các photon là chính xác như nhau.
Laser có tính hướng tốt. chùm tia laser nhỏ gọn, tập trung và cực kỳ năng lượng. Ngược lại, ánh sáng phát ra bởi đèn pin được phân tán theo nhiều hướng,và năng lượng ánh sáng là yếu và nồng độ là thấp.
Để đạt được ba tính chất này, một quá trình gọi là phát xạ kích thích là cần thiết.Trong phát xạ kích thích, các nguyên tử phát ra photon một cách có tổ chức.
Photon phát ra bởi nguyên tử có bước sóng cụ thể, phụ thuộc vào sự khác biệt năng lượng giữa trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản.Nếu một photon (với một năng lượng và pha nhất định) chạm vào một nguyên tử khác có một electron trong trạng thái kích thích tương tựPhoton đầu tiên có thể kích thích hoặc hướng dẫn nguyên tử phát ra một photon, và photon phát ra (tức làphoton phát ra bởi nguyên tử thứ hai) dao động theo cùng tần số và hướng như photon đến.
Một thành phần quan trọng khác của laser là một cặp gương, nằm ở mỗi đầu của môi trường laser.Các photon có bước sóng và pha cụ thể di chuyển qua lại giữa môi trường laser thông qua sự phản xạ của các bộ phản xạ ở cả hai đầuKhi làm như vậy, chúng sẽ kích thích nhiều electron để nhảy từ quỹ đạo năng lượng cao đến quỹ đạo năng lượng thấp, sẽ phát ra nhiều photon cùng bước sóng và pha,mà sau đó sẽ tạo ra ️ thác nước ️, một số lượng lớn các photon cùng bước sóng và pha được thu thập nhanh chóng trong laser.nó chỉ phản chiếu một phần ánh sángÁnh sáng đi qua là tia laser.
Máy laser ruby bao gồm một ống đèn flash tương tự như đèn flash máy ảnh, một thanh ruby và hai gương (một trong số đó là một tấm gương bán phản xạ).và ống đèn flash là nguồn bơm.