โครงสร้างและหลักการทำงานของเลเซอร์ อุปกรณ์ควอนตัมที่ถูกสูบด้วยแสงทำงานตาม "โครงร่างสามระดับ"

เครื่องกำเนิดควอนตัมที่เปล่งแสงในช่วงรังสีที่มองเห็นและรังสีอินฟราเรดเรียกว่าเลเซอร์ คำว่า "เลเซอร์" เป็นตัวย่อของสำนวน: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ซึ่งหมายถึงการขยายแสงอันเป็นผลมาจากการเหนี่ยวนำหรือบางครั้งเรียกว่าการกระตุ้นการปล่อยควอนตัม

อุปกรณ์เลเซอร์

เลเซอร์ทั่วไปประกอบด้วยตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์ ระบบ "ปั๊ม" - แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าและช่องแสง

ระบบปั๊มจะถ่ายเทพลังงานไปยังอะตอมหรือโมเลกุลของตัวกลางเลเซอร์ ทำให้พวกมันมีโอกาสที่จะเข้าสู่ "สถานะที่สามารถแพร่กระจายได้" ที่น่าตื่นเต้น ซึ่งทำให้เกิดการผกผันของประชากร

· การปั๊มด้วยแสงใช้โฟตอนที่มาจากแหล่งกำเนิด เช่น ไฟแฟลชที่เติมก๊าซซีนอนหรือเลเซอร์อื่นๆ เพื่อถ่ายโอนพลังงานไปยังสสารเลเซอร์ แหล่งกำเนิดแสงจะต้องจัดเตรียมโฟตอนที่ตรงกับระดับการเปลี่ยนแปลงที่ยอมรับได้ในวัสดุเลเซอร์

· การปั๊มแบบชนกันขึ้นอยู่กับการถ่ายโอนพลังงานไปยังสสารเลเซอร์ซึ่งเป็นผลมาจากการชนกับอะตอม (หรือโมเลกุล) ของสสารเลเซอร์ ในเวลาเดียวกัน จะต้องจัดให้มีพลังงานที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงที่อนุญาตด้วย โดยปกติจะทำได้สำเร็จโดยใช้การปล่อยประจุไฟฟ้าในก๊าซบริสุทธิ์หรือก๊าซผสมในท่อ

ระบบปั๊มเคมีใช้พลังงานยึดเหนี่ยวที่ปล่อยออกมา ปฏิกริยาเคมีสำหรับการเปลี่ยนสารเลเซอร์ไปสู่สถานะที่แพร่กระจายได้

จำเป็นต้องมีช่องแสงเพื่อให้แรงที่ต้องการในเลเซอร์และเลือกโฟตอนที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต้องการ เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลแรกในสถานะที่แพร่กระจายได้ของการผกผันของประชากรถูกปล่อยออกมา เนื่องจากการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้น มันจะเริ่มต้นการปล่อยอะตอมหรือโมเลกุลอื่น ๆ ในสถานะที่แพร่กระจายได้ หากโฟตอนเคลื่อนที่เข้าหาผนังของสสารเลเซอร์ ซึ่งมักจะเป็นแท่งหรือท่อ พวกมันจะสูญหายไปและกระบวนการขยายสัญญาณจะถูกขัดจังหวะ แม้ว่าพวกมันอาจจะสะท้อนจากผนังของแท่งหรือท่อ แต่ไม่ช้าก็เร็วพวกมันก็จะสูญหายไปจากระบบและจะไม่มีส่วนช่วยในการสร้างลำแสง

ในทางกลับกัน หากหนึ่งในอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกทำลายปล่อยโฟตอนที่ขนานกับแกนของสสารเลเซอร์ มันก็สามารถเริ่มต้นการปล่อยโฟตอนอีกอันหนึ่งได้ และทั้งสองจะถูกสะท้อนด้วยกระจกที่ปลายสุดของแกนกำเนิด หรือหลอด โฟตอนที่สะท้อนกลับผ่านสสาร ทำให้เกิดการแผ่รังสีเพิ่มเติมในเส้นทางเดียวกัน ซึ่งจะสะท้อนอีกครั้งด้วยกระจกที่ปลายสสารเลเซอร์ ตราบใดที่กระบวนการขยายยังคงดำเนินต่อไป การขยายบางส่วนจะออกทางกระจกสะท้อนแสงบางส่วนเสมอ เนื่องจากกำไรหรือกำไรของกระบวนการนี้มากกว่าการสูญเสียจากคาวิตี้ การเลเซอร์จึงเริ่มต้นขึ้น ดังนั้นจึงเกิดลำแสงที่แคบและรวมกลุ่มกัน กระจกในช่องแสงเลเซอร์ต้องได้รับการปรับอย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ารังสีแสงขนานกับแกน ตัวสะท้อนแสงนั้นเองเช่น สารของตัวกลางไม่ควรดูดซับพลังงานแสงอย่างรุนแรง

สื่อเลเซอร์ (วัสดุเลเซอร์) – เลเซอร์มักจะถูกกำหนดตามประเภทของสารเลเซอร์ที่ใช้ มีสี่ประเภทดังกล่าว:

แข็ง,

ย้อม,

เซมิคอนดักเตอร์

เลเซอร์โซลิดสเตตใช้วัสดุเลเซอร์ที่กระจายอยู่ในเมทริกซ์ที่เป็นของแข็ง เลเซอร์โซลิดสเตตครอบครองจุดพิเศษในการพัฒนาเลเซอร์ สื่อเลเซอร์ตัวแรกที่ใช้งานได้คือคริสตัลทับทิมสีชมพู (คริสตัลแซฟไฟร์เจือด้วยโครเมียม) ตั้งแต่นั้นมา คำว่า "โซลิดสเตตเลเซอร์" โดยทั่วไปถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายเลเซอร์ที่มีตัวกลางแอคทีฟเป็นคริสตัลเจือด้วยไอออนเจือปน โซลิดสเตตเลเซอร์เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่บำรุงรักษาง่ายซึ่งสามารถสร้างพลังงานพลังงานสูงได้ สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดเกี่ยวกับเลเซอร์โซลิดสเตตก็คือ กำลังขับมักจะไม่คงที่ แต่ประกอบด้วย จำนวนมากจุดสูงสุดของพลังส่วนบุคคล

ตัวอย่างหนึ่งคือเลเซอร์ Neodymium-YAG คำว่า YAG ย่อมาจากคริสตัล: อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวพาไอออนนีโอไดเมียม เลเซอร์นี้จะปล่อยลำแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 1,064 ไมโครเมตร นอกจากนี้ สามารถใช้องค์ประกอบการเติมอื่นๆ ได้ เช่น เออร์เบียม (เลเซอร์ Er:YAG)

เลเซอร์แก๊สใช้แก๊สหรือก๊าซผสมในหลอด เลเซอร์แก๊สส่วนใหญ่ใช้ส่วนผสมของฮีเลียมและนีออน (HeNe) โดยมีสัญญาณเอาต์พุตหลัก 6,328 นาโนเมตร (nm = 10-9 เมตร) สีแดงที่มองเห็นได้ เลเซอร์นี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในปี 1961 และกลายเป็นบรรพบุรุษของเลเซอร์แก๊สในตระกูลทั้งหมด

ทั้งหมด เลเซอร์แก๊สค่อนข้างคล้ายกันทั้งในด้านการออกแบบและคุณสมบัติ ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ก๊าซ CO2 ปล่อยความยาวคลื่น 10.6 ไมโครเมตรในย่านอินฟราเรดไกลของสเปกตรัม เลเซอร์ก๊าซอาร์กอนและคริปทอนทำงานที่ความถี่หลายความถี่ โดยเปล่งแสงส่วนใหญ่ในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ความยาวคลื่นหลักของการแผ่รังสีเลเซอร์อาร์กอนคือ 488 และ 514 นาโนเมตร

เลเซอร์ย้อมใช้ตัวกลางเลเซอร์ที่เป็นสีย้อมอินทรีย์ที่ซับซ้อนในสารละลายของเหลวหรือสารแขวนลอย

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของเลเซอร์เหล่านี้คือ "ความสามารถในการปรับตัว" ทางเลือกที่ถูกต้องสีย้อมและความเข้มข้นของสีทำให้เกิดแสงเลเซอร์ในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลายในหรือใกล้กับสเปกตรัมที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์สีย้อมจะใช้ระบบกระตุ้นด้วยแสง แม้ว่าเลเซอร์สีย้อมบางประเภทจะใช้การกระตุ้นทางเคมีก็ตาม

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (ไดโอด) - ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สองชั้นซ้อนกัน เลเซอร์ไดโอดเป็นไดโอดเปล่งแสงที่มีความจุแสงเพื่อขยายแสงที่ปล่อยออกมาจากฟันเฟืองในแท่งเซมิคอนดักเตอร์ ดังแสดงในรูป สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนกระแส อุณหภูมิ หรือสนามแม่เหล็กที่ใช้

โหมดเวลาที่แตกต่างกันของการทำงานของเลเซอร์จะถูกกำหนดโดยความถี่ที่จ่ายพลังงาน

เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) ทำงานด้วยกำลังลำแสงเฉลี่ยคงที่

โดยทั่วไปเลเซอร์พัลส์เดี่ยวจะมีระยะเวลาพัลส์ตั้งแต่หลายร้อยไมโครวินาทีไปจนถึงหลายมิลลิวินาที โหมดการทำงานนี้มักเรียกว่าโหมดพัลส์ยาวหรือโหมดปกติ

เลเซอร์สวิตช์ Q แบบพัลส์เดี่ยวเป็นผลมาจากการหน่วงภายในโพรงสมอง (เซลล์สวิตช์ Q) ซึ่งช่วยให้ตัวกลางเลเซอร์สามารถรักษาพลังงานศักย์สูงสุดได้ จากนั้นภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด พัลส์เดี่ยวๆ จะถูกปล่อยออกมา โดยปกติจะมีช่วงเวลา 10-8 วินาที พัลส์เหล่านี้มีกำลังสูงสุดสูง มักจะอยู่ในช่วง 106 ถึง 109 วัตต์

พัลส์เลเซอร์แบบพัลซิ่งหรือเลเซอร์สแกนทำงานในลักษณะเดียวกับเลเซอร์พัลส์ แต่มีความถี่พัลส์คงที่ (หรือแปรผัน) ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ไม่กี่พัลส์ต่อวินาทีจนถึง มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่น 20,000 พัลส์ต่อวินาที

หลักการทำงานของเลเซอร์

พื้นฐานทางกายภาพการทำงานของเลเซอร์ถูกขับเคลื่อนโดยปรากฏการณ์ของการแผ่รังสีแบบบังคับ (เหนี่ยวนำ) แก่นแท้ของปรากฏการณ์นี้คืออะตอมที่ตื่นเต้นสามารถปล่อยโฟตอนออกมาภายใต้อิทธิพลของโฟตอนอื่นโดยไม่ต้องดูดซับ ถ้าพลังงานของอันหลังเท่ากับความแตกต่างในพลังงานของระดับของอะตอมก่อนและหลัง รังสี ในกรณีนี้ โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะสอดคล้องกับโฟตอนที่ทำให้เกิดการแผ่รังสี (ซึ่งก็คือ "สำเนาที่แน่นอน") ด้วยวิธีนี้แสงจะถูกขยาย ปรากฏการณ์นี้แตกต่างจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะมีทิศทางการแพร่กระจาย โพลาไรเซชัน และเฟสแบบสุ่ม

ความน่าจะเป็นที่โฟตอนแบบสุ่มจะกระตุ้นให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นจากอะตอมที่ตื่นเต้นนั้นเท่ากับความน่าจะเป็นที่อะตอมจะดูดซับโฟตอนนี้ในสภาวะที่ไม่ได้รับการกระตุ้นอย่างแน่นอน ดังนั้น ในการขยายแสง จึงจำเป็นต้องมีอะตอมที่ถูกกระตุ้นในตัวกลางมากกว่าอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น (ที่เรียกว่าการผกผันของประชากร) ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ ดังนั้นจึงมีการใช้ระบบต่างๆ สำหรับการสูบตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์ (ออปติคอล ไฟฟ้า เคมี ฯลฯ)

แหล่งที่มาหลักของการสร้างคือกระบวนการของการปล่อยตามธรรมชาติ ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่าโฟตอนรุ่นต่อเนื่องจะมีความต่อเนื่อง การมีอยู่ของการตอบรับเชิงบวกจึงมีความจำเป็น เนื่องจากโฟตอนที่ปล่อยออกมาทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเหนี่ยวนำตามมา เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์จะถูกวางในช่องแสง ในกรณีที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยกระจกสองบานซึ่งหนึ่งในนั้นโปร่งแสง - ลำแสงเลเซอร์จะออกจากตัวสะท้อนบางส่วนผ่านกระจกนั้น ลำแสงรังสีที่สะท้อนจากกระจกจะส่องผ่านตัวสะท้อนซ้ำหลายครั้งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในนั้น การแผ่รังสีอาจเป็นแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ก็ได้ ในเวลาเดียวกัน การใช้อุปกรณ์ต่างๆ (ปริซึมแบบหมุน เซลล์ Kerr ฯลฯ) เพื่อเปิดและปิดการป้อนกลับอย่างรวดเร็ว และลดระยะเวลาของพัลส์ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับการสร้างการแผ่รังสีที่มีกำลังสูงมาก ( ที่เรียกว่าพัลส์ยักษ์) โหมดการทำงานของเลเซอร์นี้เรียกว่าโหมด Q-switched

การแผ่รังสีที่เกิดจากเลเซอร์นั้นมีสีเดียว (หนึ่งหรือชุดของความยาวคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องกัน) เนื่องจากความน่าจะเป็นที่จะปล่อยโฟตอนของความยาวคลื่นบางค่านั้นมากกว่าความน่าจะเป็นของการปล่อยโฟตอนของความยาวคลื่นหนึ่งๆ นั้นมากกว่าการแผ่รังสีที่อยู่ใกล้ๆ ซึ่งสัมพันธ์กับการขยายของเส้นสเปกตรัม และ ดังนั้นความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนที่เหนี่ยวนำที่ความถี่นี้ก็มีค่าสูงสุดเช่นกัน ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการสร้าง โฟตอนของความยาวคลื่นที่กำหนดจะค่อยๆ มีอิทธิพลเหนือโฟตอนอื่นๆ ทั้งหมด นอกจากนี้ เนื่องจากการจัดเรียงกระจกแบบพิเศษ เฉพาะโฟตอนที่แพร่กระจายในทิศทางขนานกับแกนแสงของเครื่องสะท้อนเสียงในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้นที่จะยังคงอยู่ในลำแสงเลเซอร์ โฟตอนที่เหลือจะออกจากปริมาตรของตัวสะท้อนอย่างรวดเร็ว ดังนั้นลำแสงเลเซอร์จึงมีมุมการเบี่ยงเบนที่น้อยมาก ในที่สุด ลำแสงเลเซอร์ก็มีโพลาไรเซชันที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ในการทำเช่นนี้ จะมีการใส่โพลารอยด์หลายตัวเข้าไปในเครื่องสะท้อนเสียง ตัวอย่างเช่น พวกมันอาจเป็นแผ่นกระจกแบนที่ติดตั้งในมุมบรูว์สเตอร์กับทิศทางการแพร่กระจายของลำแสงเลเซอร์

การประยุกต์ใช้เลเซอร์

การแผ่รังสีเครื่องกำเนิดควอนตัมเลเซอร์

นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ เลเซอร์ได้สร้างชื่อเสียงให้กับตัวเองว่าเป็น "วิธีแก้ปัญหาที่พร้อมสำหรับปัญหาที่ยังไม่ทราบ" เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษของการแผ่รังสีเลเซอร์ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายแขนง เช่นเดียวกับในชีวิตประจำวัน (เครื่องเล่นซีดี เครื่องพิมพ์เลเซอร์ เครื่องอ่านบาร์โค้ด ตัวชี้เลเซอร์ ฯลฯ) ในอุตสาหกรรม เลเซอร์ใช้สำหรับตัด เชื่อม และบัดกรีชิ้นส่วนที่ทำจาก วัสดุต่างๆ. ความร้อนการฉายรังสีทำให้สามารถเชื่อมวัสดุที่ไม่สามารถเชื่อมด้วยวิธีทั่วไปได้ (เช่น เซรามิกและโลหะ) ลำแสงเลเซอร์สามารถโฟกัสไปที่จุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณไมครอนได้ ซึ่งทำให้สามารถนำไปใช้ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ (ที่เรียกว่า Laser scribing) เลเซอร์ใช้ในการเคลือบพื้นผิวของวัสดุ (การผสมด้วยเลเซอร์, การเคลือบพื้นผิวด้วยเลเซอร์, การสะสมของเลเซอร์ในสุญญากาศ) เพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ การมาร์กด้วยเลเซอร์ในการออกแบบอุตสาหกรรมและการแกะสลักผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุหลากหลายชนิดก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน ในระหว่างการประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์ จะไม่มีผลกระทบทางกลต่อวัสดุ ดังนั้นจึงเกิดการเสียรูปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น นอกจากนี้ทั้งหมด กระบวนการทางเทคโนโลยีสามารถทำงานอัตโนมัติได้เต็มรูปแบบ การประมวลผลด้วยเลเซอร์จึงมีลักษณะเฉพาะด้วยความแม่นยำและประสิทธิผลสูง

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในหน่วยสร้างภาพของเครื่องพิมพ์ Hewlett-Packard

เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในโฮโลแกรมเพื่อสร้างโฮโลแกรมด้วยตนเองและได้รับภาพสามมิติโฮโลแกรม เลเซอร์บางชนิด เช่น เลเซอร์ย้อม สามารถสร้างแสงสีเดียวได้ในเกือบทุกความยาวคลื่น และพัลส์การแผ่รังสีสามารถไปถึง 10−16 วินาที ดังนั้นจึงมีพลังมหาศาล (ที่เรียกว่าพัลส์ยักษ์) คุณสมบัติเหล่านี้ใช้ในสเปกโทรสโกปี เช่นเดียวกับในการศึกษาเอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้น ด้วยการใช้เลเซอร์ ทำให้สามารถวัดระยะทางไปยังดวงจันทร์ได้อย่างแม่นยำหลายเซนติเมตร วัตถุอวกาศที่มีระยะเลเซอร์ทำให้ค่าของค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ชัดเจนขึ้นและมีส่วนทำให้ระบบนำทางในอวกาศมีการปรับแต่งขยายแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของบรรยากาศและพื้นผิวของดาวเคราะห์ ระบบสุริยะ. ในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ที่ติดตั้งระบบออพติคอลแบบปรับได้เพื่อแก้ไขความบิดเบี้ยวของชั้นบรรยากาศ เลเซอร์จะใช้เพื่อสร้างดาวนำทางเทียมในชั้นบนของชั้นบรรยากาศ

พัลส์เลเซอร์แบบสั้นพิเศษใช้ในเคมีของเลเซอร์เพื่อกระตุ้นและวิเคราะห์ปฏิกิริยาทางเคมี ในที่นี้ การแผ่รังสีเลเซอร์ช่วยให้ระบุตำแหน่ง ปริมาณ ปริมาณ ความปลอดเชื้อได้อย่างสมบูรณ์ และป้อนพลังงานเข้าสู่ระบบด้วยความเร็วสูง ขณะนี้มีการพัฒนาระบบระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ต่างๆ และกำลังพิจารณาความเป็นไปได้ของการนำฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมโดยใช้เลเซอร์ (เลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวิจัยในด้านปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์จะเป็นเลเซอร์ที่ใช้ความยาวคลื่นในส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ). เลเซอร์ยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร เช่น เพื่อเป็นแนวทางและเครื่องช่วยเล็ง กำลังพิจารณาตัวเลือกสำหรับการสร้างระบบป้องกันการต่อสู้ทางอากาศ ทางทะเล และภาคพื้นดินโดยใช้เลเซอร์กำลังสูง

ในทางการแพทย์ เลเซอร์ถูกใช้เป็นมีดผ่าตัดแบบไม่มีเลือดและใช้ในการรักษาโรคตา (ต้อกระจก, จอประสาทตาหลุด, การแก้ไขการมองเห็นด้วยเลเซอร์ ฯลฯ ) พวกเขายังใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านความงาม (การกำจัดขนด้วยเลเซอร์, การรักษาข้อบกพร่องของผิวหนังหลอดเลือดและเม็ดสี, การลอกด้วยเลเซอร์, การลบรอยสักและจุดด่างอายุ) ปัจจุบันการสื่อสารที่เรียกว่าเลเซอร์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว เป็นที่ทราบกันดีว่ายิ่งความถี่พาหะของช่องทางการสื่อสารสูงเท่าใด ปริมาณงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นการสื่อสารทางวิทยุจึงมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนไปสู่ความยาวคลื่นที่สั้นลง ความยาวคลื่นของแสงโดยเฉลี่ยจะมีขนาดสั้นกว่าความยาวคลื่นของช่วงวิทยุโดยเฉลี่ย 6 อันดับ ดังนั้นการแผ่รังสีเลเซอร์จึงสามารถส่งข้อมูลในปริมาณที่มากขึ้นได้ การสื่อสารด้วยเลเซอร์ดำเนินการผ่านโครงสร้างนำแสงทั้งแบบเปิดและแบบปิด เช่น ใยแก้วนำแสง เนื่องจากปรากฏการณ์ของการสะท้อนภายในทั้งหมด แสงจึงสามารถแพร่กระจายผ่านมันไปในระยะทางไกลได้ ในทางปฏิบัติโดยไม่ทำให้แสงอ่อนลง

การผลิตทุกวันและ กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์. ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา “เครื่องมือ” นี้จะได้รับการพัฒนามากขึ้นเรื่อยๆ และในขณะเดียวกัน ขอบเขตของเลเซอร์ก็จะขยายออกไปอย่างต่อเนื่อง การวิจัยที่เพิ่มขึ้นในสาขาเทคโนโลยีเลเซอร์กำลังเปิดโอกาสในการสร้างเลเซอร์ประเภทใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก ช่วยให้สามารถขยายขอบเขตการใช้งานใน...

ไม่เพียงแต่สำหรับวัสดุแข็งโดยเฉพาะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุที่มีความเปราะบางเพิ่มขึ้นด้วย สว่านเลเซอร์ไม่เพียงแต่เป็น "เครื่องมือ" ที่ทรงพลังเท่านั้น แต่ยังเป็น "เครื่องมือ" ที่ละเอียดอ่อนมากอีกด้วย ตัวอย่าง: การใช้เลเซอร์เมื่อเจาะรูในซับสเตรตชิปที่ทำจากอลูมินาเซรามิก เซรามิกมีความเปราะบางผิดปกติ ด้วยเหตุนี้ การเจาะรูเชิงกลในซับสเตรตชิป...

เลเซอร์จำเป็นต้องประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก:

1) สื่อที่ใช้งานอยู่, ซึ่งมีการสร้างรัฐที่มีการผกผันของประชากร

2) ระบบสูบน้ำ- อุปกรณ์สำหรับสร้างการผกผันในตัวกลางที่ใช้งานอยู่

3) แสงเกี่ยวกับเครื่องสะท้อนเสียง− อุปกรณ์ที่กำหนดทิศทางของลำแสงโฟตอน

นอกจากนี้ ตัวสะท้อนแสงยังได้รับการออกแบบมาเพื่อการขยายรังสีเลเซอร์หลายตัว

ปัจจุบันเป็น คล่องแคล่ว (การทำงาน) สิ่งแวดล้อม เลเซอร์ใช้สถานะการรวมตัวของสสารที่แตกต่างกัน: ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และพลาสมา

เพื่อสร้างประชากรผกผันของสภาพแวดล้อมเลเซอร์ต่างๆ วิธีการสูบน้ำ . เลเซอร์สามารถปั๊มแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ก็ได้ ในโหมดระยะยาว (ต่อเนื่อง) กำลังของปั๊มที่ป้อนเข้าสู่ตัวกลางแอคทีฟจะถูกจำกัดโดยความร้อนสูงเกินไปของตัวกลางแอคทีฟและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้อง ในโหมดพัลส์เดี่ยว เป็นไปได้ที่จะนำพลังงานเข้าสู่ตัวกลางแอคทีฟมากกว่าในช่วงเวลาเดียวกันในโหมดต่อเนื่อง ส่งผลให้พลังของพัลส์เดี่ยวเพิ่มมากขึ้น

เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีคุณสมบัติแตกต่างอย่างมากจากแหล่งอื่นทั้งหมด (หลอดไส้, หลอดฟลูออเรสเซนต์เปลวไฟ แสงสว่างจากธรรมชาติ และอื่นๆ) ลำแสงเลเซอร์มีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ มันแพร่กระจายไปในระยะทางไกลและมีทิศทางเชิงเส้นอย่างเคร่งครัด ลำแสงเคลื่อนที่เป็นลำแสงที่แคบมากด้วย ในระดับเล็กน้อยความแตกต่าง (ถึงดวงจันทร์โดยมีโฟกัสไปหลายร้อยเมตร) ลำแสงเลเซอร์มีความร้อนสูงและสามารถเจาะรูในวัสดุใดๆ ได้ ความเข้มแสงของลำแสงมากกว่าความเข้มของแหล่งกำเนิดแสงที่เข้มที่สุด
ชื่อเลเซอร์เป็นตัวย่อของวลีภาษาอังกฤษ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) การขยายแสงโดยใช้การปล่อยแสงกระตุ้น
ระบบเลเซอร์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มได้ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวกลางที่ใช้งานอยู่ เลเซอร์ประเภทที่สำคัญที่สุดคือ:

สถานะของแข็ง

เซมิคอนดักเตอร์

ของเหลว

แก๊ส
ตัวกลางที่ทำงานอยู่คือกลุ่มของอะตอม โมเลกุล ไอออน หรือคริสตัล ( เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์) ซึ่งสามารถรับคุณสมบัติเสริมแรงภายใต้อิทธิพลของแสงได้

ดังนั้นแต่ละอะตอมจึงมีชุดระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องกัน อิเล็กตรอนของอะตอมที่อยู่ในสถานะพื้น (สถานะด้วยพลังงานน้อยที่สุด) เมื่อดูดซับควอนตัมแสงจะเคลื่อนไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น - อะตอมจะตื่นเต้น เมื่อปล่อยควอนตัมแสง สิ่งตรงกันข้ามจะเกิดขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น การปล่อยแสง นั่นคือ การเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า (รูปที่ 1b) สามารถเกิดขึ้นได้เอง (โดยธรรมชาติ) หรือภายใต้อิทธิพลของรังสีภายนอก (ถูกบังคับ) (รูปที่ 1c) ยิ่งไปกว่านั้น หากควอนตัมของรังสีที่เกิดขึ้นเองถูกปล่อยออกมาในทิศทางสุ่ม ควอนตัมของรังสีที่ถูกกระตุ้นจะถูกปล่อยออกมาในทิศทางเดียวกับควอนตัมที่ทำให้เกิดการแผ่รังสีนี้ กล่าวคือ ควอนตัมทั้งสองมีความเหมือนกันโดยสิ้นเชิง

รูปที่ 1 ประเภทของรังสีเลเซอร์

เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงที่การปล่อยพลังงานเกิดขึ้น (การเปลี่ยนจากระดับพลังงานบนไปเป็นพลังงานที่ต่ำกว่า) มีชัย จำเป็นต้องสร้างความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของอะตอมหรือโมเลกุลที่ตื่นเต้น (เพื่อสร้างการผกผันของประชากร) ซึ่งจะส่งผลให้แสงตกกระทบกับสารเพิ่มขึ้น สถานะของสารที่สร้างระดับพลังงานผกผันเรียกว่าแอคทีฟและตัวกลางที่ประกอบด้วยสารดังกล่าวเรียกว่าตัวกลางแอคทีฟ

กระบวนการสร้างประชากรผกผันของระดับเรียกว่าการสูบน้ำ และการจำแนกประเภทของเลเซอร์อีกประเภทหนึ่งนั้นทำขึ้นตามวิธีการปั๊ม (ออปติคอล ความร้อน เคมี ไฟฟ้า ฯลฯ) วิธีการปั๊มขึ้นอยู่กับประเภทของเลเซอร์ (โซลิดสเตต ของเหลว แก๊ส เซมิคอนดักเตอร์ ฯลฯ)
งานหลักของกระบวนการปั๊มสามารถพิจารณาได้โดยใช้ตัวอย่างของเลเซอร์สามระดับ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 แผนภาพของเลเซอร์สามระดับ

ระดับเลเซอร์ล่าง I ที่มีพลังงาน E1 คือระดับพลังงานหลักของระบบ ซึ่งอะตอมที่ทำงานอยู่ทั้งหมดจะอยู่ที่ตำแหน่งเริ่มต้น การสูบน้ำจะกระตุ้นอะตอมและถ่ายโอนพวกมันจากระดับพื้นดิน I ไปยังระดับ III ด้วยพลังงาน E3 อะตอมที่พบว่าตัวเองอยู่ที่ระดับ 3 จะปล่อยควอนตัมแสงและเคลื่อนที่ไปยังระดับ 1 หรือเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปยังระดับเลเซอร์บนระดับ II เพื่อให้การสะสมของอะตอมที่ตื่นเต้นเกิดขึ้นที่เลเซอร์ระดับบน II ด้วยพลังงาน E2 จำเป็นต้องมีการผ่อนคลายอะตอมอย่างรวดเร็วจากระดับ III ถึง II ซึ่งจะต้องเกินอัตราการสลายตัวของเลเซอร์บนระดับ II ประชากรกลับหัวที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้จะเป็นเงื่อนไขสำหรับการขยายรังสี

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้รุ่นเกิดขึ้นยังคงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจ ข้อเสนอแนะนั่นคือการปล่อยก๊าซกระตุ้นที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดขึ้นจะทำให้เกิดการกระทำใหม่ของการปล่อยก๊าซกระตุ้น ในการสร้างกระบวนการดังกล่าว ตัวกลางที่ทำงานอยู่จะถูกใส่ไว้ในตัวสะท้อนแสง

ตัวสะท้อนแสงคือระบบของกระจกสองตัวซึ่งอยู่ระหว่างนั้นซึ่งมีตัวกลางที่ใช้งานอยู่ (รูปที่ 3) โดยให้กำเนิดคลื่นแสงหลายจุดซึ่งแพร่กระจายไปตามแกนของมันผ่านตัวกลางที่กำลังขยาย ซึ่งเป็นผลมาจากการได้รับพลังงานรังสีสูง

รูปที่ 3 แผนภาพเลเซอร์

เมื่อถึงกำลังถึงค่าหนึ่ง การแผ่รังสีจะออกจากกระจกโปร่งแสง เนื่องจากการมีส่วนร่วมในการพัฒนาการสร้างควอนตัมเพียงส่วนหนึ่งของควอนตัมที่ขนานกับแกนของเครื่องสะท้อนกลับจึงเกิดประสิทธิภาพ เลเซอร์มักจะไม่เกิน 1% ในบางกรณีต้องเสียสละคุณลักษณะบางประการอย่างมีประสิทธิภาพ สามารถเพิ่มได้ถึง 30%

แผนภาพแสดง: 1 - สื่อที่ใช้งาน; 2 - พลังงานปั๊มเลเซอร์; 3 - กระจกทึบแสง; 4 - กระจกโปร่งแสง; 5 - ลำแสงเลเซอร์

เลเซอร์ทั้งหมดประกอบด้วยสามส่วนหลัก:

สภาพแวดล้อมการทำงาน (การทำงาน)

ระบบสูบน้ำ (แหล่งพลังงาน);

ตัวสะท้อนแสง (อาจหายไปหากเลเซอร์ทำงานในโหมดเครื่องขยายเสียง)

แต่ละอันช่วยให้แน่ใจว่าเลเซอร์ทำหน้าที่เฉพาะของมัน

สภาพแวดล้อมที่ใช้งานอยู่

ในปัจจุบัน สถานะรวมต่างๆ ของสสารถูกใช้เป็นสื่อในการทำงานของเลเซอร์: ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ พลาสมา ในสภาวะปกติ จำนวนอะตอมที่อยู่ในระดับพลังงานตื่นเต้นจะถูกกำหนดโดยการแจกแจงของ Boltzmann:

ที่นี่ เอ็น- จำนวนอะตอมที่อยู่ในสถานะตื่นเต้นด้วยพลังงาน อี, เอ็น 0 - จำนวนอะตอมในสถานะพื้น เค- ค่าคงที่ของ Boltzmann ต- อุณหภูมิสภาพแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่ง มีอะตอมดังกล่าวในสถานะตื่นเต้นน้อยกว่าในสถานะพื้นดิน ดังนั้น ความน่าจะเป็นที่โฟตอนที่แพร่กระจายผ่านตัวกลางจะทำให้เกิดการปล่อยก๊าซกระตุ้นก็มีน้อยเช่นกันเมื่อเทียบกับความน่าจะเป็นของการดูดซับของมัน ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผ่านสสารจะใช้พลังงานไปเพื่อกระตุ้นอะตอม ความเข้มของรังสีจะลดลงตามกฎของบูเกอร์:

ที่นี่ ฉัน 0 - ความเข้มเริ่มต้น ฉัน l คือความเข้มของรังสีที่เดินทางในระยะไกล ลในเรื่อง ก 1 คืออัตราการดูดซึมของสาร เนื่องจากการพึ่งพาอาศัยกันแบบเอกซ์โปเนนเชียล รังสีจึงถูกดูดซับอย่างรวดเร็ว

ในกรณีที่จำนวนอะตอมที่ถูกกระตุ้นมากกว่าจำนวนอะตอมที่ไม่ตื่นเต้น (นั่นคือ ในสถานะของการผกผันของประชากร) สถานการณ์จะตรงกันข้ามทุกประการ การปล่อยก๊าซกระตุ้นมีผลเหนือการดูดซึม และการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นตามกฎหมาย:

ที่ไหน ก 2 - ปัจจัยกำไรควอนตัม ในเลเซอร์จริง การขยายสัญญาณจะเกิดขึ้นจนกว่าปริมาณพลังงานที่ได้รับจากการกระตุ้นการปล่อยก๊าซจะเท่ากับปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในตัวสะท้อนกลับ การสูญเสียเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความอิ่มตัวของระดับ metastable ของสารทำงานหลังจากนั้นพลังงานการสูบจะถูกใช้เพื่อทำให้ร้อนขึ้นเท่านั้นรวมถึงการมีอยู่ของปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย (การกระเจิงโดยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางการดูดซึมโดยสิ่งเจือปน , ความไม่สมบูรณ์ของกระจกสะท้อนแสง, รังสีที่เป็นประโยชน์และไม่พึงประสงค์ออกสู่สิ่งแวดล้อม ฯลฯ )

ระบบสูบน้ำ

มีการใช้กลไกต่าง ๆ เพื่อสร้างการผกผันของประชากรในสภาพแวดล้อมเลเซอร์ ในเลเซอร์โซลิดสเตต การบีบแตรทำได้โดยการฉายรังสีด้วยไฟแฟลชปล่อยก๊าซอันทรงพลัง การแผ่รังสีแสงอาทิตย์แบบโฟกัส (ที่เรียกว่าปั๊มแสง) และการแผ่รังสีจากเลเซอร์อื่น ๆ (โดยเฉพาะเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์) ในกรณีนี้การดำเนินการสามารถทำได้ในโหมดพัลซิ่งเท่านั้นเนื่องจากจำเป็นต้องมีความหนาแน่นของพลังงานในการสูบที่สูงมากซึ่งเมื่อสัมผัสเป็นเวลานานจะทำให้เกิดความร้อนสูงและการทำลายแท่งสารทำงาน เลเซอร์แก๊สและของเหลวใช้ปั๊มจำหน่ายด้วยไฟฟ้า เลเซอร์ดังกล่าวทำงานในโหมดต่อเนื่อง ปั้มน้ำ เลเซอร์เคมีเกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีในตัวกลางที่ทำงานอยู่ ในกรณีนี้ การผกผันของประชากรเกิดขึ้นโดยตรงในผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาหรือในสิ่งเจือปนที่แนะนำเป็นพิเศษซึ่งมีโครงสร้างระดับพลังงานที่เหมาะสม การปั๊มเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของกระแสไปข้างหน้าอย่างแรงผ่านจุดเชื่อมต่อ p-n เช่นเดียวกับลำแสงอิเล็กตรอน มีวิธีการปั๊มอื่น ๆ (แก๊สไดนามิกซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำความเย็นอย่างรวดเร็วของก๊าซที่อุ่นแล้ว, การแยกตัวด้วยแสง, กรณีพิเศษของการปั๊มสารเคมี ฯลฯ )

ในรูป: a - สามระดับและ b - วงจรปั๊มสี่ระดับสำหรับตัวกลางที่ทำงานด้วยเลเซอร์

ระบบสามระดับแบบคลาสสิกสำหรับการปั๊มสื่อการทำงานนั้นใช้เช่นในเลเซอร์ทับทิม ทับทิมเป็นผลึกคอรันดัม Al 2 O 3 เจือด้วยโครเมียมไอออน Cr 3+ จำนวนเล็กน้อย ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของการแผ่รังสีเลเซอร์ เนื่องจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโครงตาข่ายคริสตัลคอรันดัม ระดับพลังงานภายนอกของโครเมียม อี 2 ถูกแยกออก (ดูเอฟเฟกต์สตาร์ค) นี่คือสิ่งที่ทำให้สามารถใช้รังสีที่ไม่ใช่สีเดียวในการสูบน้ำได้ ในกรณีนี้อะตอมจะเคลื่อนผ่านจากสถานะพื้นด้วยพลังงาน อี 0 ในความตื่นเต้นด้วยพลังงานเกี่ยวกับ อี 2. อะตอมสามารถคงอยู่ในสถานะนี้ได้ในช่วงเวลาค่อนข้างสั้น (ประมาณ 10−8 วินาที) การเปลี่ยนผ่านไปสู่ระดับแบบไม่แผ่รังสีจะเกิดขึ้นเกือบจะในทันที อี 1 โดยที่อะตอมสามารถคงอยู่ได้นานกว่ามาก (มากถึง 10 −3 วินาที) นี่เรียกว่าระดับที่สามารถแพร่กระจายได้ ความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นจากการแผ่รังสีเหนี่ยวนำภายใต้อิทธิพลของโฟตอนสุ่มอื่นๆ ทันทีที่มีอะตอมในสถานะ metastable มากกว่าในสถานะหลัก กระบวนการสร้างจะเริ่มต้นขึ้น

ควรสังเกตว่าการสร้างการผกผันประชากรของอะตอมโครเมียม Cr โดยใช้การสูบโดยตรงจากระดับ อี 0 ต่อระดับ อี 1 เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากหากการดูดซึมและการปล่อยก๊าซกระตุ้นเกิดขึ้นระหว่างสองระดับ กระบวนการทั้งสองจะเกิดขึ้นในอัตราเดียวกัน ดังนั้นในกรณีนี้ การสูบน้ำจะทำให้ประชากรในสองระดับเท่ากันเท่านั้น ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการเกิดการปล่อยน้ำ

เลเซอร์บางชนิด เช่น เลเซอร์นีโอไดเมียม ซึ่งสร้างรังสีโดยใช้ไอออนนีโอไดเมียม Nd 3+ จะใช้รูปแบบการปั๊มสี่ระดับ ที่นี่ระหว่าง metastable อี 2 และระดับหลัก อี 0 มีระดับกลาง - ระดับการทำงาน อี 1. การปล่อยก๊าซกระตุ้นเกิดขึ้นเมื่ออะตอมเปลี่ยนระดับระหว่างระดับต่างๆ อี 2 และ อี 1. ข้อดีของโครงการนี้คือ ในกรณีนี้ ง่ายต่อการปฏิบัติตามเงื่อนไขการผกผันของประชากร เนื่องจากอายุการใช้งานของระดับปฏิบัติการบนคือ ( อี 2) คำสั่งขนาดหลายคำสั่งนานกว่าอายุการใช้งานของระดับล่าง ( อี 1) ซึ่งช่วยลดข้อกำหนดสำหรับแหล่งจ่ายปั๊มได้อย่างมาก นอกจากนี้ รูปแบบดังกล่าวยังทำให้สามารถสร้างเลเซอร์กำลังสูงที่ทำงานในโหมดต่อเนื่องได้ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการใช้งานบางอย่าง อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ดังกล่าวมีข้อเสียเปรียบที่สำคัญในรูปแบบของประสิทธิภาพควอนตัมต่ำ ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาต่อพลังงานของโฟตอนที่ปั๊มดูดซับ (η ควอนตัม = hν การแผ่รังสี / hν ปั๊ม)

ทุกวันนี้เป็นเรื่องยากที่จะหาคนที่ไม่เคยได้ยินคำนี้ "เลเซอร์"อย่างไรก็ตาม น้อยคนนักที่จะเข้าใจอย่างชัดเจนว่ามันคืออะไร

ครึ่งศตวรรษนับตั้งแต่มีการประดิษฐ์เลเซอร์ ประเภทต่างๆพบการประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขาตั้งแต่การแพทย์ไปจนถึงเทคโนโลยีดิจิทัล เลเซอร์คืออะไร หลักการทำงานของมันคืออะไร และมีไว้เพื่ออะไร?

เลเซอร์คืออะไร?

Albert Einstein ทำนายความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของเลเซอร์ ซึ่งย้อนกลับไปในปี 1917 ได้ตีพิมพ์บทความที่พูดถึงความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนจะปล่อยควอนตัมแสงในความยาวที่กำหนด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการปล่อยก๊าซกระตุ้น แต่เป็นเวลานานแล้วที่ถือว่าไม่สามารถทำได้จากมุมมองทางเทคนิค

อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาความสามารถด้านเทคนิคและเทคโนโลยี การสร้างเลเซอร์จึงกลายเป็นเรื่องของเวลา ในปี 1954 นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต N. Basov และ A. Prokhorov ได้รับ รางวัลโนเบลสำหรับการสร้างเมเซอร์ ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไมโครเวฟเครื่องแรกที่ขับเคลื่อนด้วยแอมโมเนีย และในปี 1960 บริษัท American T. Maiman ได้ผลิตเครื่องกำเนิดควอนตัมของลำแสงแสงเครื่องแรก ซึ่งเขาเรียกว่าเลเซอร์ (การขยายแสงโดยการกระตุ้นการปล่อยรังสี) อุปกรณ์แปลงพลังงานเป็นรังสีออปติคัลทิศทางแคบ เช่น ลำแสง ซึ่งเป็นกระแสของควอนตัมแสง (โฟตอน) ที่มีความเข้มข้นสูง

หลักการทำงานของเลเซอร์

ปรากฏการณ์ที่ใช้การทำงานของเลเซอร์เรียกว่าการแผ่รังสีแบบบังคับหรือเหนี่ยวนำให้เกิด อะตอมของสารบางชนิดสามารถปล่อยโฟตอนออกมาได้ภายใต้อิทธิพลของโฟตอนอื่นๆ และพลังงานของโฟตอนที่ได้รับผลกระทบจะต้องเท่ากับความแตกต่างระหว่าง ระดับพลังงานอะตอมก่อนและหลังการแผ่รังสี

โฟตอนที่ปล่อยออกมานั้นสอดคล้องกับโฟตอนที่ก่อให้เกิดรังสีเช่น เหมือนกับโฟตอนแรกทุกประการ เป็นผลให้การไหลของแสงที่อ่อนแอในตัวกลางถูกขยายและไม่วุ่นวาย แต่ไปในทิศทางที่กำหนด ลำแสงรังสีกระตุ้นเกิดขึ้นซึ่งเรียกว่าเลเซอร์

การจำแนกประเภทเลเซอร์

ขณะศึกษาธรรมชาติและคุณสมบัติของเลเซอร์ พบว่ารังสีเหล่านี้มีหลายประเภท เลเซอร์อาจเป็น: ขึ้นอยู่กับสถานะของสารตั้งต้น

• แก๊ส;
• ของเหลว;
• สถานะของแข็ง;
• บนอิเล็กตรอนอิสระ

ในปัจจุบัน มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายสำหรับการผลิตลำแสงเลเซอร์:

• การใช้แสงไฟฟ้าหรือการปล่อยอาร์คในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ - การปล่อยก๊าซ
• การใช้การขยายตัวของก๊าซร้อนและการสร้างการผกผันของประชากร - แก๊สไดนามิก
• โดยการส่งกระแสผ่านเซมิคอนดักเตอร์ด้วยการกระตุ้นของตัวกลาง - ไดโอดหรือการฉีด
• โดยการสูบแสงของตัวกลางด้วยไฟแฟลช, LED, เลเซอร์อื่นๆ ฯลฯ
• โดยการสูบลำแสงอิเล็กตรอนของตัวกลาง
• การสูบฉีดนิวเคลียร์เมื่อรังสีมาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
• โดยใช้ปฏิกิริยาเคมีพิเศษ - เลเซอร์เคมี

พวกเขาทั้งหมดมีลักษณะและความแตกต่างของตัวเองซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ

การใช้งานเลเซอร์ในทางปฏิบัติ

วันนี้เลเซอร์ ประเภทต่างๆใช้ในอุตสาหกรรม การแพทย์ เทคโนโลยีไอที และกิจกรรมอื่นๆ มากมาย ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา จะดำเนินการดังต่อไปนี้:

• การตัดและเชื่อมโลหะ พลาสติก และวัสดุอื่นๆ
• การใช้รูปภาพ จารึก และทำเครื่องหมายพื้นผิวของผลิตภัณฑ์
• การเจาะรูบางเฉียบ การตัดเฉือนชิ้นส่วนคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์อย่างแม่นยำ
• การก่อตัวของการเคลือบผลิตภัณฑ์โดยการพ่น พื้นผิว การผสมพื้นผิว ฯลฯ
• การส่งแพ็กเก็ตข้อมูลโดยใช้ไฟเบอร์กลาส
• การผ่าตัดและการรักษาอื่น ๆ
• ขั้นตอนเครื่องสำอางเพื่อการฟื้นฟูผิว การกำจัดสิ่งผิดปกติ ฯลฯ
• การกำหนดเป้าหมาย หลากหลายชนิดอาวุธตั้งแต่อาวุธขนาดเล็กไปจนถึงขีปนาวุธ
• การสร้างและการใช้วิธีการโฮโลแกรม
• การประยุกต์ในงานวิจัยต่างๆ
• การวัดระยะทาง พิกัด ความหนาแน่นของสื่อการทำงาน ความเร็วการไหล และพารามิเตอร์อื่นๆ อีกมากมาย
• การเปิดตัวปฏิกิริยาเคมีเพื่อดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยีต่างๆ

ยังมีอีกหลายพื้นที่ที่มีการใช้เลเซอร์อยู่แล้วหรือจะพบการใช้งานในอนาคตอันใกล้นี้