หลักการทํางานของเลเซอร์สีเขียว

เลเซอร์ถูกใช้ในผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีที่หลากหลาย และความหลากหลายนั้นน่าทึ่ง ตั้งแต่เครื่องเล่นซีดี เครื่องเจาะฟัน เครื่องตัดโลหะความเร็วสูงดูเหมือนว่าทุกอย่างมีเลเซอร์อยู่ในเงาแต่เลเซอร์คืออะไรจริงๆ แล้ว ความแตกต่างระหว่างแสงเลเซอร์กับแสงไฟฟันช์คืออะไร

ศูนย์วิจัยแลนเกย์ของนาซ่า
อุปกรณ์การทดสอบขั้นต่ําความเสียหายทางแสงมีเลเซอร์สาม: พริบพลังงานสูง neodymium-yttrium อลูมิเนียม
เลเซอร์แกรเน็ต เลเซอร์ไทเทเนียม-ซาฟฟีร์ และเลเซอร์ฮีเน่

ศูนย์วิจัยแลนเกย์ของนาซ่า
อุปกรณ์การทดสอบขั้นต่ําความเสียหายทางแสงมีเลเซอร์สาม: พริบพลังงานสูง neodymium-yttrium อลูมิเนียม
เลเซอร์แกรเน็ต เลเซอร์ไทเทเนียม-ซาฟฟีร์ และเลเซอร์ฮีเน่

ในจักรวาลทั้งหมดมีแต่ประมาณ 100 อะตอมที่แตกต่างกัน ทุกอย่างที่เราเห็นประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 100 อะตอมที่รวมกันในจํานวนไม่สิ้นเชิงของวิธีการวิธีการที่อะตอมเหล่านี้จัดวางกันกันเอง กําหนดว่าสิ่งของที่เกิดขึ้นเป็นแก้วน้ําหรือไม่หรือผงในขวดโซดา!

อะตอมเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง มันสั่นสะเทือน เคลื่อนไหว และหมุนตลอดเวลา และแม้แต่อะตอมที่สร้างเก้าอี้ของเราก็อยู่ในการเคลื่อนไหวตลอดเวลาอะตอมมีสภาวะตื่นเต้นที่แตกต่างกันหมายความว่า มันมีพลังงานที่แตกต่างกัน หากให้พลังงานเพียงพอกับอะตอม มันสามารถเพิ่มขึ้นจากระดับพลังงานของสภาพพื้นฐานระดับพลังงานของภาวะที่ตื่นเต้นขึ้นอยู่กับพลังงานที่ให้กับอะตอมในรูปของความร้อน, แสง, ไฟฟ้า ฯลฯ

รูปภาพต่อไปนี้แสดงถึงโครงสร้างของอะตอมได้ดี

รูปแบบอะตอมที่เรียบง่ายที่สุด
มันประกอบด้วยนิวเคลียสอะตอม และอิเล็กตรอนที่โคจรรอบมัน

มันประกอบด้วยนิวเคลียสอะตอม และอิเล็กตรอนที่โคจรรอบมัน

โอะตอมง่ายๆ ประกอบด้วยนิวเคลียส (ที่มีโปรตอนและนิวตรอน) และเมฆของอิเล็กตรอนเราสามารถคิดถึงอิเล็กตรอนในเมฆอิเล็กตรอน ว่ามันเคลื่อนที่ไปในวงโคจรที่แตกต่างกันหลายรอบตัวแกน.

แม้ว่าเราจะดูอะตอมด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย เราก็มองไม่เห็นออร์บิตัลแยกของอิเล็กตรอนได้ แต่มันช่วยที่จะคิดเกี่ยวกับออร์บิตัลเหล่านี้ถ้าเราให้ความร้อนกับอะตอม, อิเล็กตรอนบางอิเล็กตรอนในออร์บิตัลพลังงานต่ําอาจตื่นเต้นที่จะกระโดดเข้าไปในออร์บิตัลพลังงานสูงกว่าที่อยู่ห่างจากนิวเคลียส

การดูดซึมพลังงาน:
อะตอมสามารถดูดซึมพลังงานในรูปของความร้อน แสง ไฟฟ้า เป็นต้น อิเล็กตรอนสามารถกระโดดจากออร์บิตัลพลังงานต่ําไปยังออร์บิตัลพลังงานสูง

แม้ว่าคําอธิบายนี้จะง่าย แต่มันเปิดเผยหลักการหลักของวิธีที่อะตอมสร้างเลเซอร์

ภายหลังการเปลี่ยนอิเล็กตรอนไปสู่วงโคจรพลังงานสูงกว่า มันจะกลับสู่สภาพพื้นฐาน ในกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนปล่อยพลังงานในรูปของโฟตัน (ชนิดของอนุภาคแสง)คุณจะเห็นว่าอะตอมจะปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่อง ในรูปของโฟตันตัวอย่างเช่น เคล็ดประกอบการทําความร้อนในเตาอบจะกลายเป็นสีแดงเรืองแสง ซึ่งสีแดงคือฟอตอนสีแดงที่ปล่อยออกมาโดยอะตอมที่ตื่นเต้นด้วยความร้อน เมื่อคุณดูภาพบนจอทีวีสิ่งที่คุณเห็นคือหลากหลายสีสันของแสงที่ออกมาจากอะตอมฟอสฟอรัสที่ตื่นเต้นโดยอิเล็กตรอนความเร็วสูงวัตถุประกายแสงใด ๆ รวมถึงหลอดฟลูอเรสเซนต์ หลอดแก๊ส และหลอดประกายไฟ ออกแสงโดยการเปลี่ยนแปลงวงโคจรของอิเล็กตรอนและปล่อยฟอตอน

เลเซอร์ คือ อุปกรณ์ที่ควบคุมการปล่อยโฟตันจากอะตอมที่ตื่นเต้น.ชื่อนี้อธิบายสั้นๆ ว่าเลเซอร์ทํางานอย่างไร

แม้ว่าจะมีหลายประเภทของเลเซอร์ แต่ทั้งหมดมีลักษณะพื้นฐานบางประการ ในเลเซอร์ สารสื่อเลเซอร์ต้องถูกปั๊มเพื่อทําให้อะตอมอยู่ในสภาพตื่นเต้น โดยทั่วไปแสงสว่างแรงสูงหรือการปล่อยไฟสามารถปั๊มสื่อ, ซึ่งในทางกลับกันผลิตอะตอมจํานวนมาก (อะตอมที่มีอิเล็กตรอนพลังงานสูง) ในสภาพตื่นเต้นมันต้องมีจํานวนอะตอมจํานวนมากในสภาพตื่นเต้นโดยทั่วไป, อะตอมต้องตื่นเต้นที่จะเพิ่มขึ้นถึงสองหรือสามระดับพลังงานเหนือภาวะพื้นฐาน.การพลิกประชากรคืออัตราส่วนของจํานวนระหว่างอะตอมในสภาพตื่นเต้น และอะตอมในสภาพพื้นฐาน.

เมื่อสื่อเลเซอร์ถูกสูบมันรวมถึงจํานวนอะตอมที่มีอิเล็กตรอนตื่นเต้น พลังงานของอิเล็กตรอนตื่นเต้นสูงกว่าของอิเล็กตรอนระดับต่ํากว่าเช่นเดียวกับอิเล็กตรอนสามารถดูดซึมพลังงานจํานวนหนึ่ง เพื่อไปถึงสภาพที่ตื่นเต้น, อิเล็กตรอนก็สามารถปล่อยพลังงานนั้นได้เช่นกัน อย่างที่แสดงในรูปด้านล่าง ตราบใดที่อิเล็กตรอนกระโดดไปสู่ระดับล่างกว่า มันจะปล่อยพลังงานบางส่วนพลังงานที่ปล่อยออกมาถูกแปลงเป็นรูปแบบของโฟตัน (พลังงานแสง)โฟตันที่ปล่อยออกมามีความยาวคลื่นเฉพาะ (สี) ขึ้นอยู่กับสภาพพลังงานของอิเล็กตรอนในเวลาปล่อยอะตอมสองอันที่มีสภาพอิเล็กตรอนเดียวกัน ออกโฟตอนความยาวคลื่นเดียวกัน.

แสงเลเซอร์แตกต่างจากแสงธรรมดามาก มีลักษณะดังต่อไปนี้

เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาเป็นสีเดียว เลเซอร์มีแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเจาะจง (คือสีเฉพาะเจาะจง)ความยาวคลื่นของแสงถูกกําหนดโดยพลังงานที่ปล่อยโดยอิเล็กตรอนเมื่อพวกเขากลับมาในวงโคจรพลังงานต่ํา.

เลเซอร์ที่ปล่อยออกมามีความสอดคล้องที่ดี โครงสร้างเลเซอร์ดีกว่า และฟอตอนแต่ละฟอตอนตามฟอตอนอีกฟอตอนหนึ่ง นั่นคือแนวคลื่นของฟอตอนทุกฟอตอนจะเหมือนกัน

เลเซอร์มีทิศทางที่ดี แสงเลเซอร์ค่อนข้างกระชับแน่น เน้น และมีพลังงานสูงมากและพลังงานแสงอ่อนแอและความเข้มข้นต่ํา.

เพื่อ จะ ได้ รับ คุณสมบัติ ทั้ง สาม อย่าง นี้ ต้อง มี กระบวนการ ที่ เรียก ว่า การ ออก แสง สติมูเล่ห์ ซึ่ง เป็น ปรากฏการณ์ ที่ ไม่ สามารถ เห็น ได้ ใน ไฟ ไฟ ชิ้นธรรมดา เพราะอะตอม ของ ไฟ ชิ้น จะ ออก โฟตอง อย่าง ไม่ มี กําหนดในระบายไฟที่กระตุ้น, อัตโนมัติออกโฟตอนในวิธีการที่จัด

โฟตันที่ออกมาจากอะตอมมีความยาวคลื่นเฉพาะ ซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างของพลังงานระหว่างภาวะที่ตื่นเต้นและภาวะพื้นฐานถ้าโฟตอน (ที่มีพลังงานและระยะที่แน่นอน) ติดกับอะตอมอื่นที่มีอิเล็กตรอนอยู่ในสภาพตื่นเต้นเดียวกันโฟตอนแรกสามารถตื่นเต้นหรือนําอะตอมออกโฟตอน, และโฟตอนที่ออก (คือโฟตอนที่ออกมาจากอะตอมที่สอง) กระตุ้นในความถี่และทิศทางเดียวกันกับโฟตอนที่เข้ามา.

ส่วนประกอบสําคัญอีกอย่างของเลเซอร์ คือกระจกสองคู่ ตั้งอยู่แต่ปลายของสื่อเลเซอร์โฟตอนที่มีความยาวคลื่นและระยะที่กําหนดไว้ เดินทางไปกลับระหว่างสื่อเลเซอร์ ผ่านการสะท้อนของเรฟเลคเตอร์ที่ทั้งสองปลายในการทําเช่นนั้น พวกมันจะกระตุ้นอิเล็กตรอนมากขึ้น เพื่อกระโดดจากวงโคจรพลังงานสูง ไปสู่วงโคจรพลังงานต่ํา ซึ่งจะปล่อยโฟตอนอีกจํานวนหนึ่งของความยาวคลื่นและช่วงเดียวกันซึ่งจะผลิต ราคาน้ําตก, ภาพโฟตันจํานวนมากของความยาวคลื่นและระยะเดียวกันจะรวดเร็วรวบรวมในเลเซอร์. กระจกที่ปลายหนึ่งของสื่อเลเซอร์คือมันสะท้อนแสงบางส่วนเท่านั้นขณะที่แสงอื่นๆ สามารถเจาะเข้าไปได้ แสงที่ผ่านมันคือเลเซอร์

เลเซอร์หินทองประกอบด้วยหลอดไฟลัชคล้ายกับแฟลชกล้อง, ไม้หินทอง, และกระจกสอง (หนึ่งในนั้นเป็นกระจกครึ่งสะท้อน) ไม้หินทองเป็นสื่อเลเซอร์,และหลอดไฟฟ้าคือแหล่งปั๊ม.