Wie erzeugt ein Laser kohärentes Licht? - Physik - 2020

Anonim

Ein Laser erzeugt kohärentes Licht durch einen als STIMULIERTE EMISSION bekannten Prozess.

Sie wissen vielleicht, dass Licht das Ergebnis der spontanen Emission eines Photons durch ein Elektron ist, das in einem Atom einen Übergang durchläuft.

SPONTANE EMISSION


Wie Sie auf dem Bild sehen können, kehrt das Elektron (das zuvor Energie absorbiert und auf das höhere Niveau gesprungen ist) auf das niedrigere Niveau zurück und strahlt fast sofort ein Photon von Licht mit einer Frequenz aus, die proportional zu der Lücke zwischen den beiden Pegeln ist (kann rot oder grün sein , gelb …. Photon);
In weißem Licht, wie bei der Sonne, gibt es Elektronen, die zu verschiedenen Zeitpunkten viele spontane schnelle Übergänge machen, so dass alle Farben (Frequenzen) und Phasen (inkohärentes Licht) vorhanden sind.

In einem Laser haben Sie nur eine Farbe (nur eine Frequenz) und alle Photonen sind im Grunde … Zwillinge !!!! Sie haben alle die gleiche Phase … daher ist das Laserlicht sehr kohärent.
Um dies zu erreichen, müssen Sie eine Substanz mit einer Art "Einparken" verwenden, in der die Elektronen eine Zeit lang bleiben können (sie werden als metastabil bezeichnet).
Wenn viele Elektronen auf diesen Parkebenen geparkt werden, können sie alle zusammen fallen und alle "gleiche" Art von Photonen emittieren.

STIMULIERTE EMISSION

Auf dem Bild sehen Sie, wie die Elektronen des Atoms des Lasermaterials auf metastabiler Ebene geparkt wurden # m_a #. Diese Elektronen bleiben für eine Weile dort und können eine Population von guter Größe aufbauen (Population Inversion). Es genügt ein kleiner Tritt (eine thermische Stimulation oder ein einfallendes Photon), um alle Elektronen auf ein metastabiles Niveau fallen zu lassen # m_b # emittierende Photonen mit der gleichen Frequenz und Phase.


(Bildquelle: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod5.html)