Лазеры стали неотъемлемой частью нашей жизни, произведя революцию в различных отраслях благодаря своей точности и универсальности. От передовых медицинских процедур до легкой резки стали — лазеры изменили наше взаимодействие с технологиями. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как работают лазеры? В этой статье мы рассмотрим три основных требования к действию лазера, используя разговорный язык и примеры кода, чтобы облегчить понимание.
- Средний выигрыш:
Первое требование для лазерного воздействия — усиливающая среда. Подумайте об усиливающей среде как о сердце лазерной системы. Это материал, который усиливает свет за счет вынужденного излучения. Проще говоря, это вещество, которое поглощает энергию, а затем выделяет ее в виде мощного когерентного луча света. Усиливающая среда может быть твердой, жидкой или газовой, в зависимости от типа лазера.
Давайте рассмотрим пример усиливающей среды в популярном типе лазера — твердотельном лазере. Одной из обычно используемых усиливающих сред является кристалл, легированный редкоземельными ионами, например, иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом (Nd:YAG). В этом случае кристалл поглощает энергию источника накачки, например лампы-вспышки или другого лазера, и излучает когерентный свет при стимуляции падающими фотонами.
Пример кода:
# Solid-state laser gain medium example
import laser_module
gain_medium = laser_module.NdYAGCrystal()
pump_source = laser_module.Flashlamp()
gain_medium.absorb_energy(pump_source.energy)
gain_medium.emit_coherent_light()- Источник насоса:
Второе требование — это источник накачки, который подает энергию в усиливающую среду. Источник накачки возбуждает усиливающую среду, увеличивая ее популяцию возбужденных атомов или ионов. Эта инверсия населенности имеет решающее значение для лазерного воздействия. Источником накачки может быть лампа-вспышка, другой лазер или даже электрический разряд, в зависимости от типа лазера.
Давайте рассмотрим газовый лазер, а именно гелий-неоновый (HeNe) лазер. В качестве источника накачки в этом случае используется высоковольтный электрический разряд. Электрический разряд возбуждает атомы гелия и неона, создавая инверсию населенностей, которая приводит к лазерному воздействию.
Пример кода:
# Gas laser pump source example
import laser_module
pump_source = laser_module.HighVoltageDischarge()
pump_source.apply_voltage(10000) # Apply high voltage to create an electrical discharge- Оптическая обратная связь:
Третье требование к действию лазера — оптическая обратная связь. Оптическая обратная связь позволяет лазеру непрерывно излучать когерентный и интенсивный луч света. Он предполагает использование зеркал или других отражающих поверхностей для создания петли обратной связи, в которой излучаемый свет отражается обратно в усиливающую среду, стимулируя дальнейшее излучение.
Общим примером оптической обратной связи является резонатор Фабри-Перо, который состоит из двух параллельных зеркал. Одно зеркало является частично отражающим, позволяя небольшой части света уходить и формировать лазерный луч, в то время как другое зеркало отражает свет обратно в усиливающую среду для усиления.
Пример кода:
# Optical feedback example (Fabry-Perot cavity)
import laser_module
mirror1 = laser_module.PartiallyReflectiveMirror()
mirror2 = laser_module.ReflectiveMirror()
cavity = laser_module.FabryPerotCavity(mirror1, mirror2)
laser_beam = cavity.emit_laser_beam()В этой статье мы рассмотрели три требования к действию лазера: усиливающая среда, источник накачки и оптическая обратная связь. Понимание этих важнейших компонентов имеет решающее значение для понимания основных принципов работы лазера. Независимо от того, увлечены ли вы наукой, лежащей в основе лазеров, или интересуетесь их практическим применением, знание того, как работают лазеры, позволит вам глубже оценить их невероятные возможности.
Используя разговорный язык и понятные примеры кода, мы надеемся сделать эту тему более доступной. Так что в следующий раз, когда вы столкнетесь с лазерным лучом, вы лучше поймете волшебство, происходящее под его поверхностью.