О лазере

Лазер - источник электромагнитного излучения, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Излучение лазеров может быть в видимом, в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах. Слово "лазер" составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", что означает "усиление света в результате вынужденного излучения".

Вынужденное излучение - (индуцированное излучение) процесс испускания электромагнитных волн возбужденными атомами и другими квантовыми системами под действием внешнего (вынуждающего) излучения. Частота, фаза, поляризация и направление испускаемого и вынуждающего излучения совпадают.

Вынужденное излучение происходит при взаимодействии фотона (квант света) с возбужденным атомом при точном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (или молекулы).

В результате этого взаимодействия атом переходит в невозбужденное состояние, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона. Таким образом появляется два абсолютно идентичных фотона. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами, аналогичными первому атому, может возникнуть “цепная реакция” размножения одинаковых фотонов, “летящих” абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлению узконаправленного светового луча.

Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда, в которой возбужденных атомов было бы больше, чем невозбужденных, поскольку при взаимодействии фотонов с невозбужденными атомами происходит поглощение фотонов. Такая среда называется средой с инверсной населенностью уровней энергии.

Инверсные среды получают искусственно, разными способами, причем все они требуют затрат энергии. Самостоятельно такие среды возникают очень редко - например, это происходит в верхних слоях марсианской атмосферы, где под действием солнечного излучения резко увеличивается доля молекул углекислого газа, находящихся в возбужденном состоянии.

Если поместить инверсную среду в трубку с зеркалами на концах, перпендикулярными к оси трубки, то фотоны, попавшие в трубку и направленные строго вдоль этой трубки, смогут многократно отразиться от зеркал и извлекут из среды свои многочисленные копии. В результате пространство между зеркалами заполнится одинаковыми фотонами, мечущимися в обоих направлениях. Если хоть одно зеркало сделать полупрозрачным, то часть фотонов уйдет наружу, непрерывно или импульсами, в зависимости от того, как именно осуществляется инверсия. В итоге возникнет либо стабильный, либо пульсирующий поток (в случае пары полупрозрачных зеркал - два потока, как световой меч Дарт Мола из "Звездных войн") идентичных фотонов. Подобное излучение называется когерентным. Это и есть лазер, квантовый генератор вынужденного когерентного светового излучения.

Лазерные лучи не имеют опасного радиационного воздействия, как, например, рентгеновские, космические или гамма лучи. Безопасность и высокая эффективность - это основные характеристики, благодаря которым лазерная резка получила широкое распространение.