1. Emissione stimolata
Il principio principale di una fonte laser si basaemissione stimolata, Un processo descritto per la prima volta da Albert Einstein . quando una particella eccitata (atomo, ione o molecola) in un livello di energia più elevato è perturbata da un fotone con energia che corrisponde al divario tra i livelli di energia, rilascia un secondo fotone che èidentico in frequenza, fase e direzioneal fotone in arrivo . questo crea un'amplificazione della luce coerente .
2. Inversione della popolazione
Per l'emissione stimolata da dominare sull'emissione spontanea (che produce luce non coerente), aInversione della popolazioneDeve essere raggiunto . Questo significa che il numero di particelle in un livello di energia più elevato supera quelle in un livello di energia inferiore . una sorgente di energia esterna (E . g ., pompaggio ottico, scarico elettrico) "Pumpe" nel guadagno per ottenere questo mezzo non equilibrio {{5}
3. risonatore ottico (cavità)
Una coppia di specchi (uno completamente riflettente, uno parzialmente riflettente) forma il risonatore ottico, che:
Fornisce feedback per amplificare ripetutamente la luce attraverso il mezzo di guadagno tramite più passaggi .
Seleziona per i fotoni che viaggiano lungo l'asse della cavità, migliorando la collimazione del raggio (direzionalità) .
Supporta interferenze costruttive, portando all'amplificazione risonante a specifiche lunghezze d'onda .
4. processo di generazione laser
Pompare: Energia dalla sorgente della pompa eccita particelle nel mezzo di guadagno a livelli di energia più alti .
Emissione spontanea: Alcune particelle tornano a livelli più bassi, emettendo fotoni casuali .
Emissione stimolata: Fotoni allineati (dal risonatore) inducono più particelle per emettere in modo coerente, amplificando la luce .
Oscillazione risonante: La luce amplificata rimbalza tra gli specchi, crescendo di intensità fino a quando non esce attraverso lo specchio parzialmente riflettente come un raggio laser focalizzato .
Equazioni/principi chiave
Coefficienti Einstein: Descrivi i tassi di emissione stimolata, emissione spontanea e assorbimento .
Teoria del raggio gaussiano: Modella la propagazione dei raggi laser, caratterizzati da bassa divergenza .
Guadagnare proprietà medie: La struttura del livello di energia del mezzo di guadagno (e . g ., solido, gas, semiconduttore) determina la lunghezza d'onda dell'uscita del laser .
In sintesi, una fonte laser sfrutta l'emissione stimolata, l'inversione della popolazione e la risonanza ottica per generare un raggio di luce altamente coerente, direzionale e monocromatico, distinguendolo da fonti di luce convenzionali che si basano sull'emissione spontanea .}
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