лазер

История

Хотя теоретическую возможность вынужденного излучения теоретически обосновал Эйнштейн ещё в 1917 году, первый прибор, использующий этот принцип для микроволн — мазер, — был создан Чарльзом Таунсом и его группой в 1954 году. А в 1960 году Теодор Мейман построил первый лазер, излучавший видимый свет, используя рубиновый кристалл.

Как работает

Сначала активную среду лазера (например, кристалл или газ) накачивают энергией от внешнего источника. Атомы переходят в возбуждённое состояние, а затем, «сбрасывая» избыток энергии, испускают фотоны. Эти первичные фотоны стимулируют другие возбуждённые атомы излучать точно такие же фотоны — так рождается лавина одинаковых частиц света. Два параллельных зеркала многократно прогоняют свет через среду, усиливая его, пока часть не выходит наружу сквозь одно из зеркал, образуя направленный луч.

История

Хотя теоретическую возможность вынужденного излучения теоретически обосновал Эйнштейн ещё в 1917 году, первый прибор, использующий этот принцип для микроволн — мазер, — был создан Чарльзом Таунсом и его группой в 1954 году. А в 1960 году Теодор Мейман построил первый лазер, излучавший видимый свет, используя рубиновый кристалл.

Как работает

Сначала активную среду лазера (например, кристалл или газ) накачивают энергией от внешнего источника. Атомы переходят в возбуждённое состояние, а затем, «сбрасывая» избыток энергии, испускают фотоны. Эти первичные фотоны стимулируют другие возбуждённые атомы излучать точно такие же фотоны — так рождается лавина одинаковых частиц света. Два параллельных зеркала многократно прогоняют свет через среду, усиливая его, пока часть не выходит наружу сквозь одно из зеркал, образуя направленный луч.

История

В 1917 году Эйнштейн теоретически предсказал вынужденное излучение. В 1954 году Чарльз Таунс, Джеймс Гордон и Герберт Цайгер создали первый мазер, работавший на аммиаке. Шесть лет спустя Теодор Мейман продемонстрировал первый оптический лазер на рубине. Вскоре Али Джаван сконструировал гелий-неоновый лазер (1961), а Роберт Холл — первый полупроводниковый лазер (1962). Эти открытия преобразили науку, телекоммуникации, медицину и производство.

Как работает

Активная среда (например, неодим в кристалле YAG или смесь гелия с неоном) возбуждается внешней накачкой, переводя атомы на метастабильный энергетический уровень. Когда населённость верхнего уровня превышает населённость нижнего (инверсия населённостей), спонтанно испущенный фотон инициирует вынужденное испускание от соседних возбуждённых атомов, порождая каскад когерентных фотонов. Внутри оптического резонатора (например, эталона Фабри-Перо) свет многократно отражается от зеркал и усиливается при каждом проходе. Часть излучения выходит сквозь полупрозрачное зеркало. Фотоны, будучи бозонами, накапливаются в одном квантовом состоянии, обеспечивая идентичность параметров лазерного пучка. В полупроводниковых лазерах обратная связь реализуется за счёт брэгговской дифракции на периодических структурах (распределённых обратных связях) с условием mλ = 2nΛ.

Открытые проблемы и интересные факты

Реализация компактных и дешёвых рентгеновских лазеров с накачкой от некогерентных источников.; Повышение эффективности и мощности полупроводниковых лазеров при уменьшении размеров.; Генерация сверхкоротких импульсов (аттосекундного диапазона) с управляемой фазой и формой огибающей.; Достижение условий лазерного термоядерного синтеза с равномерным обжатием мишеней.

💡 Лазерные указки с красным лучом используют миниатюрный диодный лазер на основе арсенида галлия-алюминия, который эффективно излучает при питании током всего в несколько миллиампер.