Khám phá ban đầu về bài báo ngắn gọn về laser giới thiệu lịch sử phát triển của máy phát laser, phân loại máy phát laser, đặc tính của laser và ứng dụng của laser, vậy thì Laser Nguyên lý hình thành Hôm nay, biên tập viên sẽ chia sẻ cùng các bạn một số kiến thức nhỏ về nguyên lý củ Hãy cùng tìm hiểu cách mà laser được hình thành.

Một: Lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng

Trước khi hiểu cách laser được tạo ra, chúng ta cần hiểu một số khái niệm cơ bản về lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng của Einstein:

Hình một: Mô hình nguyên tử Bohr

Tương tác : Nguyên tử hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng từ một mức năng lượng nhất định để trở thành một mức năng lượng khác.

Vật chất dưới tác động của trường bức xạ tần số ánh sáng có thể xảy ra hiện tượng Phát xạ tự phát, hấp thụ kích thích, phát xạ kích thích.

1.1 Phát xạ tự phát

Các hạt sẽ tự động nhảy từ trạng thái kích thích cao năng sang trạng thái thấp năng mà không cần sự can thiệp của môi trường bên ngoài, E ₂ Tự nhiên nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn E ₁ Và phát ra năng lượng của một photon.

Trong đó h Là hằng số Planck, h =6.626*10 ^-34 J.s， v Là tần số, phát xạ tự phát liên quan đến bản chất của vật chất chứ không liên quan đến trường bức xạ.

Hình hai: Phát xạ tự phát

1.2 Hấp thụ kích thích

Hấp thụ năng lượng photon từ ánh sáng bên ngoài hv và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao , và E ₁ =hv, quá trình này được gọi là E ₂ Hấp thụ kích thích E ₂ - E ₁ Hình ba: Hấp thụ kích thích 1.3 Phát xạ kích thích 。

Các hạt ở mức năng lượng cao

Điện tử, dưới sự kích thích của photon bên ngoài

(tần số vừa đủ hv=) E ₂ Nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn Và phát ra photon có đặc điểm giống với photon bên ngoài, điều này được gọi là Phát xạ kích thích E ₂ - E ₁ Ánh sáng được phóng đại bởi phát xạ kích thích là ánh sáng đồng bộ, được gọi là E ₁ Hình bốn: Phát xạ kích thích Hình năm: Sơ đồ phóng đại ánh sáng phát xạ kích thích 。

Hai: Ba yếu tố tạo ra laser Laser 。

Sau khi hiểu rõ các khái niệm cơ bản về lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng của Einstein, bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu về cấu trúc cơ bản và điều kiện cần thiết để tạo ra laser

(Ba yếu tố)

1. Thực hiện đảo ngược số lượng hạt -

Chất hoạt động 2. Kích thích nguyên tử bị kích thích - ： Nguồn kích thích ：

3. Cần thực hiện phóng đại ánh sáng - Cavity quang học

Do đó, cấu trúc cơ bản để tạo ra laser bao gồm ba phần sau: Cavity quang học, môi trường tăng cường (môi trường hoạt động laser), nguồn kích thích

Bây giờ chúng ta sẽ giới thiệu chi tiết ba thành phần cấu trúc cơ bản này: 2.1 Môi trường tăng cường (môi trường hoạt động laser)

Việc tạo ra laser phải chọn chất hoạt động phù hợp, có thể là

Khí, chất lỏng, chất rắn hoặc bán dẫn

Thực hiện đảo ngược số lượng hạt

, để tạo ra điều kiện cần thiết cho việc tạo ra laser

2.2 Nguồn kích thích Để tạo ra sự đảo ngược số lượng hạt trong môi trường hoạt động, cần dùng phương pháp nào đó để kích thích hệ thống nguyên tử, làm cho Các môi trường khí như: hỗn hợp heli-neon, hơi đồng, khí argon, khí krypton, carbon dioxide và nitơ; môi trường chất lỏng chủ yếu là các hợp chất hữu cơ (dye); môi trường rắn như: ngọc ruby, yết alumin yttrium chứa ion neodymium (Nd:YAG), thủy tinh chứa ion neodymium, kim cương chứa ion titan; môi trường bán dẫn như: gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), indium phosphide (InP), kẽm sulfide (ZnS). Trong những môi trường này có thể Số lượng hạt ở mức năng lượng cao hơn tăng lên . Thông thường có thể sử dụng phương pháp phóng điện khí để kích thích nguyên tử môi trường bằng electron có động năng, được gọi là Kích thích điện Sự tồn tại của các cấp năng lượng bất ổn giúp việc đảo ngược số lượng phân tử trở nên dễ dàng hơn. the thao 24h Hiện nay, có hàng ngàn loại môi trường làm việc khác nhau, tạo ra các bước sóng laser từ tia tử ngoại đến hồng ngoại xa, rất đa dạng.

; cũng có thể dùng ánh sáng xung để chiếu vào môi trường hoạt động, được gọi là

Kích thích ánh sáng ; còn có Kích thích nhiệt Kích thích hóa học 2.3 Cavity quang học Cavity quang học thực hiện phóng đại . Được gọi là cavity quang học thực tế là gắn hai tấm gương có độ phản xạ rất cao vào hai đầu của máy phát laser Một tấm gần như 、 Phản xạ hoàn toàn các phương pháp kích thích được hình dung như bơm hoặc hút. Để liên tục nhận được ánh sáng laser, cần phải "bơm" liên tục để duy trì số lượng phân tử ở cấp cao hơn so với cấp thấp hơn.

, một tấm

Khi đã có môi trường làm việc phù hợp và nguồn kích thích, việc đảo ngược số lượng phân tử có thể đạt được, nhưng cường độ bức xạ tự phát lúc này rất yếu, không thể áp dụng trong thực tế. tỷ lệ cá cược bóng đá trực tuyến Vì vậy, mọi người đã nghĩ đến việc sử dụng Phần lớn ánh sáng phản xạ, một phần nhỏ xuyên qua , để cho laser có thể xuyên qua tấm gương này và bắn ra ngoài. Ánh sáng bị phản xạ ngược trở lại môi trường hoạt động Tiếp tục gây ra hiện tượng phát xạ kích thích, ánh sáng được phóng đại . Do đó, ánh sáng dao động trong cavity quang học, tạo ra Phản ứng dây chuyền , phóng đại theo kiểu lũy thừa, tạo ra Ánh sáng laser mạnh mẽ , xuất ra từ tấm gương phản xạ một phần. Ánh sáng dao động giữa môi trường có số lượng hạt đảo ngược, làm Số lượng photon trong cavity quang học tăng lên liên tục , từ đó thu được ánh sáng mạnh, hiện tượng này được gọi là Dao động quang học Cần đáp ứng điều kiện sóng dừng Hình bảy: Sơ đồ cavity quang học

Hình 6: Sự hình thành của tia laser (ánh sáng di chuyển qua lại trong buồng cộng hưởng, khi lan truyền trong môi trường tăng cường, ánh sáng được khuếch đại và xuất ra dưới dạng tia laser). Đổi thưởng

Ba: Nguyên lý laser Phân bố bình thường số lượng hạt và phân bố đảo ngược số lượng hạt: Điều này cho thấy số lượng electron ở mức năng lượng thấp lớn hơn số lượng electron ở mức năng lượng cao, sự phân bố này được gọi là Phân bố bình thường số lượng hạt 。

, được gọi là L=kλ/2

Phân bố đảo ngược tập trung số lượng hạt

Viết tắt

Phân bố số lượng hạt đảo ngược

N ₁ ＞ N ₂ Hoặc Phân bố tập trung đảo ngược ， N ₂ ＞ N ₁ Hình tám: Phân bố bình thường và phân bố đảo ngược số lượng hạt Kích thích (cũng gọi là Bơm-pumped Hình chín: Sơ đồ năng cấp ion crôm của rubi Bốn: Máy phát laser rubi 。

Vào tháng 5 năm 1960, tại phòng thí nghiệm của công ty Hughes ở bang California, Mỹ, nhà nghiên cứu

những nguồn năng lượng từ bên ngoài (như ánh sáng, phóng điện,...) để kích thích các nguyên tử từ cấp năng lượng thấp lên cấp năng lượng cao hơn, quá trình này được gọi là Maiman Thiết kế và xây dựng một máy phát laser nhỏ gọn, đây là máy phát laser đầu tiên trên thế giới. Laser sử dụng Tinh thể rubi ）

Làm nền tảng là

, tinh thể này chứa khoảng 0,05% (theo trọng lượng) Cr

Hình mười: Sơ đồ cấu trúc của máy phát laser rubi đầu tiên Hình mười: Sơ đồ cấu trúc của máy phát laser rubi đầu tiên , Al ₂ O ₃ 0.05%Cr ₂ O _3。

Nếu những gì biên tập viên vừa trình bày chưa rõ ràng, các bạn có thể xem video giải thích về nguyên lý của tia laser của Engineerguy (có phụ đề tiếng Trung Quốc), hẹn gặp lại các bạn trong kỳ sau!

----------