Принцип действия лазера

Слово лазер (на англ. laser) является акронимом слов “light amplification by stimulated emission of radiation” (усиление света путем вынужденного излучения).

Основы теории были заложены в нескольких основных принципах физики, которые были впервые сформированы великим ученым Альбертом Эйнштейном в 1916 году.

Уникальность лазерной энергии заключается в монохроматичности (т. е. в наличии в спектре волн только одной длины) и когерентности (в распространении электромагнитных волн строго упорядоченно во времени и пространстве) лазерного света, благодаря чему достигается чрезвычайно высокая концентрация световой энергии. В общей сложности, свет лазера обладает четырьмя особыми качествами, которые отличают его от обычного света:

– монохроматичность (состоит из одной длины световой волны);

– направленность (световые волны идут параллельно друг другу);

– однофазность (точки минимума и максимума волн синхронны);

– высокая интенсивность.

Важным следствием этих четырех качеств является то, что лазерный свет обладает чрезвычайной мощностью и он может быть нацелен с большой точностью.

В основе механизма действия монохроматичного, когерентного излучения лазеров лежит поглощение световой энергии атомами, молекулами соединений с превращением ее в тепловую, акустическую, механическую, электрохимическую энергию фотохимических процессов. Это оказывает влияние на биофизические свойства тканей и биохимические процессы, происходящие в них, что, в свою очередь, отражается на функциональном состоянии той или иной системы и организма в целом.

В основе принципа действия лазера лежат два процесса:

• вынужденное излучение;
• обратная связь.

Вынужденное излучение – это испускание электромагнитного излучения возбужденной квантовой системой под воздействием внешнего излучения, являющегося вынуждающим в том случае, когда частота, поляризация, фаза и направление излучаемых лазерным веществом фотонов точно соответствует этим же параметрам фотонов внешнего излучения.

Для возникновения излучения необходимо создать инверсную населенность. Она заключается в том, что в квантовой системе, имеющей дискретные энергетические уровни, находятся два таких уровня, для которых число возбужденных частиц на верхнем энергетическом уровне больше числа частиц на нижнем, на который и переходит система после генерации излучения.

Направляя часть усиленного излучения обратно в систему, т.е. установив обратную связь, можно еще более усилить первоначальное излучение, сохранив все его характеристики. Таким образом, возникает генерация электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение появляется, когда заряженная частица, такая как электрон, отдает энергию. Такой происходит каждый раз, когда электрон переходит от высокоэнергетического состояния к меньшему энергетическому состоянию, в атоме либо ионе, как это происходит с флуоресцентным светом. Такое также случается при изменении вибрирующего или вращательного состояния молекулы.

Цвет света определяется его частотой или длиной волны. Более короткие волны – это ультрафиолет, а более длинные относятся к инфракрасному излучению. Наименьшая частична энергии света описывается в квантовой механике как фотон. Разница в уровнях энергии, влияющая на возбужденный электрон, определяет длину волны излучаемого света.