1. Émission stimulée
Le principe de base d'une source laser s'appuie surémission stimulée, un processus décrit pour la première fois par Albert Einstein . lorsqu'une particule excitée (atome, ion ou molécule) dans un niveau d'énergie plus élevé est perturbée par un photon avec l'énergie correspondant à l'écart entre les niveaux d'énergie, il libère un deuxième photon qui estidentique en fréquence, phase et directionau photon entrant . cela crée une amplification lumineuse cohérente .
2. Inversion de la population
Pour l'émission stimulée pour dominer les émissions spontanées (qui produit une lumière non cohérente), uninversion de la populationDoit être atteint . Cela signifie que le nombre de particules dans un niveau d'énergie plus élevé dépasse ceux d'un niveau d'énergie inférieur . une source d'énergie externe (e . g ., pompage optique, décharge électrique) "pompe"
3. Résonateur optique (cavité)
Une paire de miroirs (une entièrement réfléchissante, une partiellement réfléchissante) forme le résonateur optique, qui:
Fournit des commentaires pour amplifier à plusieurs reprises la lumière à travers le milieu de gain via plusieurs passes .
Sélectionne les photons voyageant le long de l'axe de la cavité, améliorant la collimation du faisceau (directionnalité) .
Prend en charge une interférence constructive, conduisant à une amplification résonnante à des longueurs d'onde spécifiques .
4. Processus de génération du laser
Pompage: L'énergie de la source de pompe excite les particules dans le milieu de gain à des niveaux d'énergie plus élevés .
Émission spontanée: Certaines particules reviennent à des niveaux inférieurs, émettant des photons aléatoires .
Émission stimulée: Les photons alignés (du résonateur) induisent plus de particules pour émettre de manière cohérente, amplifiant la lumière .
Oscillation résonnante: La lumière amplifiée rebondit entre les miroirs, poussant en intensité jusqu'à ce qu'elle quitte le miroir partiellement réfléchissant en tant que faisceau laser focalisé .
Équations / principes clés
Coefficients d'Einstein: Décrire les taux d'émission stimulée, d'émission spontanée et d'absorption .
Théorie du faisceau gaussien: Modélise la propagation des faisceaux laser, caractérisés par une faible divergence .
Gagner des propriétés moyennes: La structure de niveau d'énergie du milieu de gain (e . g ., solide, gaz, semi-conducteur) détermine la longueur d'onde et l'efficacité de sortie du laser .
En résumé, une source laser exploite les émissions stimulées, l'inversion de la population et la résonance optique pour générer un faisceau lumineux très cohérent, directionnel et monochromatique, le distinguant des sources lumineuses conventionnelles qui reposent sur des émissions spontanées .
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