Bài giới thiệu đầu tiên về laser ngắn gọn đã trình bày lịch sử phát triển của máy phát laser, các loại máy phát laser, tính chất của laser và ứng dụng của laser, vậy Laser Nguyên lý hình thành Điều gì đang xảy ra? Hôm nay, biên tập viên sẽ chia sẻ với mọi người một số kiến thức nhỏ về nguyên lý của tia laser, để hiểu rõ hơn về cách chúng được hình thành.

Một: Lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng

Trước khi tìm 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

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

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

1.1 Phát xạ tự phát

Các hạt sẽ nhảy từ mức năng lượng cao hơn xuống mức năng lượng thấp hơn mà không cần sự can thiệp từ bên ngoài, đồng thời phát ra năng lượng ánh sáng. E ₂ Trong đó E ₁ Là hằng số Planck,

Là tần số, phát xạ tự phát liên quan đến đặc tính vật chất và không phụ thuộc vào trường bức xạ. h Hình hai: h =6.626*10 ^-34 J.s， v Phát xạ tự phát

1.2 Hấp thụ kích thích Các hạt

Hấp thụ năng lượng ánh sáng từ photon bên ngoài hv và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hơn

, và =hv, quá trình này gọi là E ₁ Hấp thụ kích thích E ₂ Hình ba: Hấp thụ kích thích E ₂ - E ₁ 1.3 Phát xạ kích thích Các hạt ở mức năng lượng cao hơn 。

Điện tử, dưới tác động của photon bên ngoài

(tần số phù hợp với hv=)

Nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon giống như photon bên ngoài, điều này gọi là E ₂ Phát xạ kích thích Ánh sáng được khuếch đại bởi phát xạ kích thích được gọi là ánh sáng đồng nhất, gọi là Hình bốn: Phát xạ kích thích E ₂ - E ₁ Hình năm: Sơ đồ phóng đại ánh sáng phát xạ kích thích E ₁ Hai: Ba yếu tố tạo ra laser Sau khi hiểu rõ các khái niệm cơ bản về lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng của Einstein, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo cơ bản và điều kiện cần thiết để tạo ra laser 。

(Ba yếu tố) Laser 。

1. Thực hiện đảo ngược số lượng hạt –

Chất môi trường làm việc

2. Kích thích nguyên tử bị kích hoạt –

Nguồn kích thích 3. Cần thực hiện khuếch đại ánh sáng – ： Cavity quang học ：

Vì vậy, cấu tạo cơ bản để tạo ra laser bao gồm ba phần sau: Cavity quang học, môi trường tăng cường (môi trường làm việc laser), nguồn kích thích

Bây giờ chúng ta sẽ giới thiệu cụ thể về ba phần cấu tạo cơ bản này: 2.1 Môi trường tăng cường (môi trường làm việc laser)

Việc tạo ra laser phải chọn đúng môi trường làm việc, có thể là Khí, chất lỏng, rắn hoặc bán dẫn

Thực hiện đảo ngược số lượng hạt

, để tạo 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 làm việc, cần dùng phương pháp nào đó để kích thích hệ thống nguyên tử, làm cho số lượng hạt ở mức năng lượng cao hơn tăng lên.

Thông thường có thể sử dụng phương pháp phóng điện khí để sử dụng electron có động năng để kích thích nguyên tử môi trường, gọi là Kích thích điện Các môi trường khí như: hỗn hợp heli-neon, hơi đồng, khí argon, khí krypton, carbon dioxide, nitơ; môi trường chất lỏng chủ yếu là các hợp chất hữu cơ (dye); các môi trường rắn như: ngọc ruby, yttri-alumini-garnet (YAG) chứa ion neodymium (Nd:YAG), thủy tinh chứa ion neodymium, sapphire chứ Trong những môi trường này có thể... ; cũng có thể dùng ánh sáng xung để chiếu vào môi trường làm việc, gọi là Kích thích quang ; còn có Sự tồn tại của cấp năng lượng tạm thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc đảo ngược số lượng phân tử. bong da ngoai hang anh 2025 Hiện nay có hàng nghìn loại môi trường làm việc khác nhau, có thể sản sinh ra các bước sóng laser từ vùng cực tím đến vùng hồng ngoại xa, rất đa dạng.

Kích thích nhiệt

Kích thích hóa học 2.3 Cavity quang học Cavity quang học thực hiện khuếch đại . 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 , một tấm phản xạ hầu hết ánh sáng và chỉ cho một ít ánh sáng xuyên qua , để ánh sáng laser có thể đi qua tấm gương này và thoát ra. Ánh sáng bị phản xạ trở lại môi trường làm việc 、 Tiếp tục gây ra phát xạ kích thích mới, ánh sáng được khuếch đại và nhiều phương pháp khác. Các cách kích thích này thường được ví von là "bơm" hoặc "chiếu". Để liên tục nhận được đầu ra của laser, cần phải "bơm" không ngừng để duy trì số lượng phân tử ở cấp cao hơn cấp thấp hơn.

. Do đó, ánh sáng dao động trong cavity quang học tạo ra

Khi đã có vật liệu làm việc và nguồn kích thích phù hợp, sự 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. kèo bóng đá 5 Vì vậy, mọi người đã nghĩ tới việc sử dụng. Phản ứng dây chuyền , đạt được khuếch đại mạnh mẽ, tạo ra Ánh sáng laser mạnh mẽ , thoát ra từ tấm gương phản xạ một phần. Ánh sáng dao động trong môi trường làm việc có số lượng hạt đảo ngược, làm cho Số lượng photon trong cavity quang học tăng lên liên tục , từ đó đạt được ánh sáng mạnh mẽ, hiện tượng này gọi là Dao động quang học Khuếch đại ánh sáng phải thỏa mãn điều kiện sóng đứng Hình bảy: Sơ đồ cavity quang học Ba: Nguyên lý laser Phân bố bình thường số lượng hạt và phân bố đảo ngược số lượng hạt: Chỉ ra rằng số lượng electron ở mức năng lượng thấp lớn hơn số lượng electron ở mức năng lượng cao, phân bố này gọi là Phân bố bình thường số lượng hạt

Hình 6: Sự hình thành của laser (ánh sáng dao động qua lại trong buồng cộng hưởng, sự lan truyền trong môi trường tăng cường giúp phóng đại ánh sáng và xuất ra laser).

, gọi là Phân bố đảo ngược số lượng hạt Tóm tắt Phân bố đảo ngược số lượng hạt 。

Hoặc L=kλ/2

Phân bố đảo ngược tập trung

Hình tám: Phân bố bình thường và phân bố đảo ngược số lượng hạt

Kích thích

N ₁ ＞ N ₂ (cũng gọi là Bơm-pump ， N ₂ ＞ N ₁ Hình chín: Sơ đồ mức năng lượng ion crôm của ruby Bốn: Máy phát laser ruby Vào tháng 5 năm 1960, tại Phòng thí nghiệm Hughes Aerospace ở bang California, Hoa Kỳ, nhà nghiên cứu Maiman Đã thiết kế và xây dựng một máy phát laser nhỏ gọn, đây là máy phát laser đầu tiên trên thế giới. Laser sử dụng Thạch anh ruby 。

Làm nền tảng là

các 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... , trong thạch anh có pha tạp khoảng 0,05% (theo trọng lượng) của Cr Hình mười: Sơ đồ cấu trúc của máy phát laser ruby đầu tiên -pump ）

19605 , Al ₂ O ₃ 0.05%Cr ₂ O _3。

Nếu những gì biên tập viên vừa trình bày chưa rõ ràng, bạn có thể xem video về nguyên lý của laser trong loạt video Engineerguy (có phụ đề tiếng Trung). cá cược bóng đá Hẹn gặp lại mọi người ở kỳ sau!

----------