Τα λέιζερ χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων και τεχνολογιών, και η ποικιλία είναι εκπληκτική.Φαίνεται ότι όλα έχουν ένα λέιζερ στη σκιά τους.Αλλά τι ακριβώς είναι ένα λέιζερ; Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας ακτίνας λέιζερ και μιας ακτίνας φανού;
Κέντρο Ερευνών Λάνγκλεϊ της NASA
Η συσκευή δοκιμής οριακής οριακής βλάβης έχει τρία λέιζερ: υψηλής ενέργειας παλμικό νεοδύμιο-ύτριου αλουμινίου
Λέιζερ γρανάζ, λέζερ τιτανίου-σαφείρου και λέζερ He-ne.
Κέντρο Ερευνών Λάνγκλεϊ της NASA
Η συσκευή δοκιμής οριακής οριακής βλάβης έχει τρία λέιζερ: υψηλής ενέργειας παλμικό νεοδύμιο-ύτριου αλουμινίου
Λέιζερ γρανάζ, λέζερ τιτανίου-σαφείρου και λέζερ He-ne.
Υπάρχουν μόνο περίπου 100 διαφορετικά άτομα σε όλο το σύμπαν.Ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα αυτά είναι τοποθετημένα μεταξύ τους καθορίζει αν το αντικείμενο που σχηματίζεται είναι ένα ποτήρι νερό., ένα κομμάτι μέταλλο, ή το αφρό σε ένα μπουκάλι σόδα!
Τα άτομα είναι σε διαρκή κίνηση. Κουνιούνται, κινούνται και περιστρέφονται συνεχώς, και ακόμη και τα άτομα που αποτελούν τα καθίσματά μας είναι σε συνεχή κίνηση.Τα άτομα έχουν πολλές διαφορετικές καταστάσεις διέγερσης.Αν δοθεί αρκετή ενέργεια σε ένα άτομο, μπορεί να αυξηθεί από το επίπεδο ενέργειας της βασικής κατάστασης στο επίπεδο ενέργειας της διεγερμένης κατάστασης.Το επίπεδο ενέργειας της διεγερμένης κατάστασης εξαρτάται από το πόση ενέργεια δίνεται στο άτομο με τη μορφή θερμότητας, φως, ηλεκτρικό ρεύμα κλπ.
Το ακόλουθο διάγραμμα απεικονίζει καλά τη δομή των ατόμων:
Το απλούστερο ατομικό μοντέλο
Αποτελείται από έναν ατομικό πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω του.
Αποτελείται από έναν ατομικό πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω του.
Ένα απλό άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα (που περιέχει πρωτόνια και νετρόνια) και ένα σύννεφο ηλεκτρονίων.Μπορούμε να σκεφτούμε τα ηλεκτρόνια σε ένα ηλεκτρονικό σύννεφο να ταξιδεύουν σε διάφορες τροχιές γύρω από τον πυρήνα.
Ακόμη και αν κοιτάξουμε τα άτομα με τη σύγχρονη τεχνολογία, δεν μπορούμε να δούμε τις διακριτές τροχιά των ηλεκτρονίων, αλλά βοηθά να σκεφτούμε αυτές τις τροχιά ως τα διαφορετικά επίπεδα ενέργειας των ατόμων.Αν ζεστάνουμε ένα άτομο, μερικά ηλεκτρόνια σε οριτάλια χαμηλής ενέργειας μπορεί να ενθουσιαστούν για να πηδήξουν σε οριτάλια υψηλότερης ενέργειας πιο μακριά από τον πυρήνα.
Απορρόφηση ενέργειας:
Τα άτομα μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, φωτός, ηλεκτρισμού κλπ. Το ηλεκτρόνιο μπορεί στη συνέχεια να πηδήξει από μια χαμηλής ενέργειας τροχιά σε μια υψηλής ενέργειας τροχιά.
Αν και αυτή η περιγραφή είναι απλή, αποκαλύπτει την βασική αρχή του πώς τα άτομα σχηματίζουν λέιζερ.
Μετά τη μετάβαση του ηλεκτρονίου σε τροχιά υψηλότερης ενέργειας, θα επιστρέψει τελικά στην βασική κατάσταση.Θα δείτε ότι τα άτομα εκπέμπουν συνεχώς ενέργεια με τη μορφή φωτονίων.Για παράδειγμα, το θερμαντικό στοιχείο σε ένα φούρνο γίνεται έντονα κόκκινο, όπου το κόκκινο χρώμα είναι το κόκκινο φωτόνιο που απελευθερώνεται από τα άτομα που διεγείρονται από τη θερμότητα.Αυτό που βλέπετε είναι μια ποικιλία από διαφορετικά χρώματα φωτός που εκπέμπονται από τα άτομα φωσφόρου που διεγείρονται από τα υψηλής ταχύτητας ηλεκτρόνια.Οποιοδήποτε φωτεινό αντικείμενο, συμπεριλαμβανομένων των φθοριούχων λαμπτήρων, λαμπτήρων αερίου και λαμπτήρων πυρακτώσεως, εκπέμπει φως αλλάζοντας τις τροχιές των ηλεκτρονίων και απελευθερώνοντας φωτόνια.
Ένα λέιζερ είναι μια συσκευή που ελέγχει την απελευθέρωση φωτονίων από διεγερμένα άτομα..Αυτό το όνομα περιγράφει εν συντομία πώς λειτουργεί το λέιζερ.
Αν και υπάρχουν πολλοί τύποι λέιζερ, όλοι έχουν κάποια βασικά χαρακτηριστικά.μια υψηλής έντασης λάμψη ή εκκένωση μπορεί να αντλήσει το μέσο, η οποία με τη σειρά της παράγει μεγάλο αριθμό ατόμων (ατόμων που περιέχουν ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας) σε μια διεγερμένη κατάσταση.πρέπει να έχει μεγάλο αριθμό ατόμων σε μια διεγερμένη κατάστασηΓενικά, τα άτομα πρέπει να ενθουσιαστούν για να ανέλθουν σε δύο ή τρία επίπεδα ενέργειας πάνω από τη βασική κατάσταση.Η αντιστροφή του πληθυσμού είναι η αναλογία αριθμού μεταξύ των ατόμων στην αναστατωμένη κατάσταση και των ατόμων στη βασική κατάσταση.
Όταν το μέσο λέιζερ αντλείται, περιλαμβάνει ένα αριθμό ατόμων με διεγερμένα ηλεκτρόνια.Όπως ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να απορροφήσει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας για να φτάσει σε μια διεγερμένη κατάστασηΌπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, όσο το ηλεκτρόνιο πηδάει στο χαμηλότερο επίπεδο, θα απελευθερώνει μέρος της ενέργειάς του.Η απελευθερωμένη ενέργεια μετατρέπεται σε μορφή φωτονίων (φωτεινή ενέργεια)Το εκπεμπόμενο φωτόνιο έχει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (χρώμα), ανάλογα με την ενεργειακή κατάσταση του ηλεκτρονίου κατά τη στιγμή της απελευθέρωσής του.Δύο άτομα με την ίδια ηλεκτρονική κατάσταση εκπέμπουν φωτόνια με το ίδιο μήκος κύματος.
Το φως λέιζερ διαφέρει πολύ από το συνηθισμένο φως.
Ένα λέιζερ περιέχει φως συγκεκριμένου μήκους κύματος (δηλαδή συγκεκριμένου χρώματος).Το μήκος κύματος του φωτός καθορίζεται από την ενέργεια που απελευθερώνονται από τα ηλεκτρόνια καθώς επιστρέφουν σε τροχιά χαμηλότερης ενέργειας.
Το εκπεμπόμενο λέιζερ έχει καλή συνοχή. Η δομή του λέιζερ είναι καλύτερη και κάθε φωτόνιο ακολουθεί το άλλο φωτόνιο. Δηλαδή, το μέτωπο κύματος όλων των φωτόνων είναι ακριβώς το ίδιο.
Οι ακτίνες λέιζερ είναι συμπαγείς, εστιασμένες και εξαιρετικά ενεργητικές.και η ενέργεια του φωτός είναι αδύναμη και η συγκέντρωση είναι χαμηλή.
Για να επιτευχθούν αυτές οι τρεις ιδιότητες, απαιτείται μια διαδικασία που ονομάζεται διεγερμένη εκπομπή.Σε διεγερμένη εκπομπή, τα άτομα εκπέμπουν φωτόνια με οργανωμένο τρόπο.
Το φωτόνιο που εκπέμπεται από το άτομο έχει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος, το οποίο εξαρτάται από τη διαφορά ενέργειας μεταξύ της διεγερμένης κατάστασης και της βασικής κατάστασης.Αν ένα φωτόνιο (με μια συγκεκριμένη ενέργεια και φάση) αγγίξει ένα άλλο άτομο που έχει ένα ηλεκτρόνιο στην ίδια διεγερμένη κατάστασηΤο πρώτο φωτόνιο μπορεί να διεγείρει ή να καθοδηγήσει το άτομο να εκπέμψει ένα φωτόνιο, και το εκπεμπόμενο φωτόνιο (δηλαδήτο φωτόνιο που εκπέμπεται από το δεύτερο άτομο) ταλαντεύεται στην ίδια συχνότητα και κατεύθυνση με το εισερχόμενο φωτόνιο.
Ένα άλλο βασικό συστατικό του λέιζερ είναι ένα ζευγάρι καθρέφτες, που βρίσκονται σε κάθε άκρο του μέσου λέιζερ.Τα φωτόνια ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος και φάσης ταξιδεύουν μπρος-πίσω μεταξύ του μέσου λέιζερ μέσω της αντανάκλασης από τους αντανάκλαστες στα δύο άκραΜε αυτό τον τρόπο, θα διεγείρουν περισσότερα ηλεκτρόνια για να πηδήξουν από υψηλής ενέργειας σε χαμηλής ενέργειας τροχιές, που θα εκπέμπουν περισσότερα φωτόνια του ίδιου μήκους κύματος και φάσης,Το οποίο θα παράγει στη συνέχεια Καταρράκτη Το καθρέφτη στο ένα άκρο του μέσου λέιζερ είναι ∆ημι-αντανάκλαση ∆ΠΕ, δηλαδήΑντανακλά μόνο ένα μέρος του φωτός.Το φως που περνάει είναι ένα λέιζερ.
Το ρουμπίνι λέιζερ αποτελείται από ένα σωλήνα φλας παρόμοιο με ένα φλας κάμερας, ένα ρουμπίνι ραβδί, και δύο καθρέφτες (ένα από τα οποία είναι ένας ημι-αντανακλαστικός καθρέφτης).και ο σωλήνας φλας είναι η πηγή άντλησης.