فیزیک لیزر
فیزیک لیزر به مطالعه چگونگی ترکیب گسیل القایی و بازخورد نوری برای تولید نور همدوس، جهتدار و تکرنگ میپردازد.
Definition
مطالعه اصولی که بر اساس آنها یک محیط بهرهمند با وارونگی جمعیت، که در داخل یک تشدیدگر نوری قرار گرفته است، نور را از طریق گسیل القایی تقویت میکند تا یک پرتو همدوس، جهتدار و باریکباند تولید شود.
Scope
فیزیک لیزر حوزهای از اپتیک است که به تولید نور همدوس از طریق گسیل القایی مربوط میشود. این حوزه شامل برهمکنش کوانتومی نور و ماده از طریق ضرایب اینشتین، ایجاد وارونگی جمعیت و بهره نوری در یک محیط پمپشده، نقش تشدیدگر نوری در فراهم آوردن بازخورد و انتخاب مُدها، آستانه و عملکرد حالت پایدار نوسانگرهای لیزری، دستههای اصلی لیزر و رژیمهای عملکردی آنها از جمله خروجی موج پیوسته و پالسی (Q-سوئیچ و مُد-قفلشده)، و ساختار فضایی پرتوهای لیزر است. این حوزه مبنای فیزیکی لیزرهایی را فراهم میکند که در سراسر علم، صنعت و پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه گسیل القایی بهره نوری را تولید میکند؟
- چه شرایطی برای رسیدن و حفظ نوسان لیزری لازم است؟
- تشدیدگر چگونه ویژگیهای طیفی و فضایی خروجی را شکل میدهد؟
- چه چیزی انواع اصلی لیزر و روشهای تولید پالس آنها را متمایز میکند؟
Key concepts
- گسیل القایی
- وارونگی جمعیت
- بهره نوری
- پمپ کردن
- تشدیدگر نوری
- آستانه لیزر
- مُدهای طولی و عرضی
- همدوسی و تکرنگی
Key theories
- گسیل القایی و ضرایب اینشتین
- بررسی اینشتین از جذب، گسیل خودبهخودی و گسیل القایی، نرخهای آنها را به هم مرتبط میکند و نشان میدهد که یک محیط برانگیخته میتواند نور را به صورت همدوس تقویت کند، که اصل اساسی تمام لیزرها است.
- نوسان لیزر: بهره، بازخورد و آستانه
- لیزر زمانی رخ میدهد که بهره رفت و برگشت از یک محیط با وارونگی جمعیت، تلفات تشدیدگر را متعادل کند؛ بالاتر از این آستانه، یک نوسان خودپایدار و همدوس در مُدهای کاواک ایجاد میشود.
- ساختار مُد تشدیدگر
- تشدیدگر نوری فرکانسهای طولی گسسته و مُدهای فضایی عرضی را بر میدان تحمیل میکند و پهنای خط، پروفایل پرتو و همدوسی لیزر را تعیین میکند.
Clinical relevance
لیزرها در سراسر پزشکی برای برش و انعقاد بافت در جراحی، برای فوتوکوآگولاسیون و اصلاح عیوب انکساری در چشمپزشکی، برای درمانهای پوستی و زیبایی، و به عنوان منابع نوری برای تصویربرداری تشخیصی و طیفسنجی استفاده میشوند؛ خروجی دقیق و همدوس آنها امکان تحویل کنترلشده انرژی را فراهم میکند.
History
اینشتین گسیل القایی را در سال 1917 معرفی کرد، اما تقویت همدوس تا زمان میزر دهه 1950 توسط تاونز و همکارانش محقق نشد. شاولو و تاونز لیزر نوری را در سال 1958 تشریح کردند و میمن اولین لیزر عملیاتی، یک دستگاه روبی، را در سال 1960 به کار انداخت و این حوزه را گشود.
Key figures
- Albert Einstein
- Charles H. Townes
- Arthur L. Schawlow
- Theodore H. Maiman
Related topics
Seminal works
- siegman1986
- svelto2010
Frequently asked questions
- چه چیزی نور لیزر را از نور معمولی متمایز میکند؟
- نور لیزر بسیار همدوس، تقریباً تکرنگ و به صورت یک پرتو جهتدار مشخص گسیل میشود، زیرا از گسیل القایی به چند مُد تشدیدگر ناشی میشود، نه از گسیل خودبهخودی مستقل در جهات و طول موجهای متعدد.
- چرا لیزر به تشدیدگر نیاز دارد؟
- تشدیدگر نور را بارها از محیط بهرهمند عبور میدهد و به میدان اجازه میدهد تا با گسیل القایی مکرر تقویت شود و فرکانسها و شکل پرتو خاصی را که نوسان را حفظ میکنند، انتخاب کند.