Як працює лазер: основні принципи та застосування

Лазер є одним із найважливіших винаходів XX століття, що знайшов застосування у різних галузях науки, медицини, техніки та промисловості.

Принцип дії лазера

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) – це пристрій, який генерує вузький і потужний пучок світла через процес стимульованої емісії. Основні компоненти лазера включають активне середовище, джерело енергії (помпу) та резонатор.

1. Активне середовище: це матеріал, в якому відбувається збудження атомів або молекул. Воно може бути твердим, рідким або газоподібним.

2. Джерело енергії (помпа): постачає енергію для збудження атомів в активному середовищі. Це може бути електричний розряд, світло іншого лазера або хімічна реакція.

3. Резонатор: система дзеркал, яка забезпечує багаторазове проходження світла через активне середовище, збільшуючи інтенсивність світла. Одне з дзеркал є напівпрозорим, через яке виходить кінцевий лазерний промінь.

Стимульована емісія

Процес стимульованої емісії відкрив Альберт Айнштайн у 1917 році. Коли атоми в активному середовищі поглинають енергію, вони переходять у збуджений стан. Коли фотон з енергією, еквівалентною різниці енергій між збудженим та основним станами, проходить через цей атом, він може стимулювати випромінювання ще одного фотона. Новий фотон має ту саму енергію, фазу та напрямок, що й початковий. Це створює когерентне світло з високою інтенсивністю.

Застосування лазерів

Лазери мають безліч застосувань, які включають:

Медицина: лазерні хірургічні інструменти, лазерна терапія та діагностика.

Промисловість: різка, зварювання, гравірування та матеріалообробка.

Телекомунікації: оптичні волокна для передачі даних.

Наука: спектроскопія, атомна фізика та експерименти з високою точністю.

Розваги: лазерні шоу та проекційні системи.