Laser Type

Laser adalah alat yang memancarkan cahaya (radiasi elektromagnetik) melalui proses amplifikasi optik berdasarkan emisi terstimulasi foton. The "laser" Istilah ini berasal sebagai singkatan untuk Light Amplifikasi oleh Merangsang Emisi Radiasi [1] [2] sinar laser yang dipancarkan adalah penting untuk tingkat tinggi koherensi spasial dan temporal, tak terjangkau menggunakan teknologi lainnya..

koherensi spasial biasanya diekspresikan melalui output menjadi balok sempit yang difraksi terbatas, sering apa yang disebut "sinar pensil." Sinar laser bisa difokuskan ke tempat yang sangat kecil, mencapai radiasi sangat tinggi. Atau mereka dapat diluncurkan ke seberkas perbedaan yang sangat rendah untuk memusatkan kekuasaan mereka pada jarak yang besar.

Temporal (atau longitudinal) koherensi menyiratkan gelombang terpolarisasi pada satu frekuensi yang fase ini berkorelasi dengan jarak yang relatif besar (panjang koherensi) di sepanjang balok [3] Sebuah sinar yang dihasilkan oleh sumber cahaya termal atau lainnya tidak koheren memiliki. Amplitudo sesaat dan fase yang bervariasi secara acak terhadap waktu dan posisi, dan dengan demikian panjang koherensi sangat singkat.

Sebagian besar apa yang disebut "single panjang gelombang" laser sebenarnya menghasilkan radiasi dalam beberapa mode memiliki frekuensi sedikit berbeda (panjang gelombang), sering tidak dalam polarisasi tunggal. Dan meskipun koherensi temporal menyiratkan monochromaticity, bahkan ada laser yang memancarkan cahaya spektrum yang luas, atau panjang gelombang yang berbeda memancarkan cahaya secara bersamaan. Ada beberapa laser yang tidak mode spasial tunggal dan akibatnya sinar cahaya mereka menyimpang lebih dari yang dibutuhkan oleh batas difraksi. Namun semua perangkat tersebut diklasifikasikan sebagai "laser" berdasarkan metode mereka menghasilkan cahaya: emisi dirangsang. Laser bekerja di aplikasi di mana terang koherensi spasial atau temporal yang diperlukan tidak dapat diproduksi menggunakan teknologi sederhana.

Laser Kata dimulai sebagai akronim untuk "amplifikasi lampu oleh emisi radiasi terstimulasi", dimana "cahaya" secara luas menunjukkan radiasi elektromagnetik frekuensi apapun, tidak hanya cahaya; maka laser inframerah, laser ultraviolet, laser sinar X, dan sebagainya . Karena pendahulu microwave dari laser, maser itu, dikembangkan pertama, perangkat semacam ini beroperasi pada frekuensi gelombang mikro dan radio yang disebut sebagai "Maser" daripada "laser microwave" atau "laser radio". Dalam literatur teknis awal, terutama di Bell Laboratories Telepon, laser ini disebut maser optik; istilah ini sekarang usang [4].

Sebuah laser yang menghasilkan cahaya dengan sendirinya adalah sebuah osilator optik teknis daripada sebuah amplifier optik seperti yang disarankan oleh akronim. Telah bercanda dicatat bahwa LOSER singkatan, untuk "osilasi cahaya oleh emisi radiasi terstimulasi" akan lebih benar. [5] Dengan meluasnya penggunaan akronim asli sebagai kata benda umum, amplifier optik yang sebenarnya telah datang dirujuk sebagai "amplifier laser", terlepas dari redundansi jelas dalam penunjukan itu.

Kata kerja back-dibentuk untuk Lase sering digunakan di lapangan, yang berarti "untuk memproduksi sinar laser," [6] terutama dalam kaitannya dengan media gain laser, ketika laser beroperasi dikatakan menjadi "penguat." penggunaan lebih lanjut dari kata-kata laser dan maser dalam arti yang diperpanjang, tidak mengacu pada teknologi laser atau perangkat lain, dapat dilihat dalam penggunaan seperti maser astrofisika dan laser atom.

laser terdiri dari media keuntungan di dalam rongga optik yang sangat reflektif, serta sebagai sarana untuk pasokan energi ke medium keuntungan. Media gain merupakan bahan dengan sifat yang memungkinkan untuk memperkuat cahaya oleh emisi dirangsang. Dalam bentuk yang paling sederhana, rongga terdiri dari dua mirror yang diatur sedemikian rupa sehingga cahaya memantul kembali dan sebagainya, setiap kali melewati media keuntungan. Biasanya salah satu dari dua cermin, yang coupler output, sebagian transparan. Sinar laser keluaran dipancarkan melalui cermin ini.

Cahaya panjang gelombang tertentu yang melewati media gain diperkuat (peningkatan daya); cermin sekitarnya memastikan bahwa sebagian cahaya membuat banyak melewati melalui media keuntungan, yang diperkuat berulang kali. Bagian dari cahaya yang berada di antara cermin (yaitu, dalam rongga) melewati sebagian cermin transparan dan lolos sebagai seberkas cahaya.

Proses penyediaan energi yang diperlukan untuk amplifikasi disebut memompa. Energi yang biasanya disediakan sebagai arus listrik atau sebagai cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. cahaya tersebut dapat disediakan oleh lampu kilat atau mungkin laser lain. laser praktis Kebanyakan mengandung unsur-unsur tambahan yang mempengaruhi sifat seperti panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan dan bentuk balok.

Media gain laser merupakan bahan kemurnian dikendalikan, ukuran, konsentrasi, dan bentuk, yang menguatkan sinar oleh proses emisi dirangsang. Hal ini dapat dari setiap negara: gas, cair, padat atau plasma. Media Keuntungan pompa menyerap energi, yang menimbulkan beberapa elektron menjadi energi yang lebih tinggi ("gembira") menyatakan kuantum. Partikel dapat berinteraksi dengan cahaya oleh baik menyerap atau memancarkan foton. Emisi dapat spontan atau dirangsang. Dalam kasus terakhir, foton dipancarkan dalam arah yang sama seperti cahaya yang lewat. Bila jumlah partikel dalam satu keadaan tereksitasi melebihi jumlah partikel di beberapa negara yang lebih rendah-energi, inversi populasi dicapai dan jumlah emisi terstimulasi karena cahaya yang melewati lebih besar dari jumlah penyerapan. Oleh karena itu, cahaya diperkuat. Dengan sendirinya, ini membuat sebuah amplifier optik. Ketika sebuah amplifier optik tersebut diletakkan di dalam rongga resonansi optik, diperoleh laser.

Cahaya yang dihasilkan oleh emisi terstimulasi sangat mirip dengan sinyal input dari segi panjang gelombang, fase, dan polarisasi. Sinar laser ini memberikan karakteristik koherensi, dan memungkinkan untuk menjaga polarisasi seragam dan sering monochromaticity didirikan oleh desain rongga optik.

Resonator optik kadang-kadang disebut sebagai "rongga optik", tapi ini adalah sebuah ironi: laser menggunakan resonator terbuka yang bertentangan dengan rongga literal yang akan dipekerjakan pada frekuensi gelombang mikro dalam sebuah maser. resonator yang biasanya terdiri dari dua cermin antara yang sinar koheren perjalanan cahaya di kedua arah, mencerminkan kembali pada dirinya sendiri sehingga sebuah foton rata-rata akan melewati media mendapatkan berulang kali sebelum dipancarkan dari lubang keluaran atau hilang untuk difraksi atau penyerapan. Jika keuntungan (amplifikasi) dalam medium lebih besar daripada kerugian resonator, maka kekuatan cahaya sirkulasi dapat naik secara eksponensial. Tetapi setiap acara emisi terstimulasi kembali atom dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, mengurangi keuntungan medium. Dengan meningkatkan daya balok keuntungan bersih (keuntungan kali rugi) mengurangi untuk persatuan dan media mendapatkan dikatakan jenuh. Dalam gelombang kontinu (CW) laser, keseimbangan daya pompa terhadap risiko mendapatkan kejenuhan dan rongga menghasilkan nilai keseimbangan dari kekuatan laser di dalam rongga; keseimbangan ini menentukan titik operasi laser. Jika daya pompa yang digunakan adalah terlalu kecil, keuntungan tidak pernah akan cukup untuk mengatasi kerugian resonator, dan sinar laser tidak akan diproduksi. Daya pompa minimum yang dibutuhkan untuk memulai tindakan laser disebut ambang penguat. Media keuntungan akan memperkuat setiap foton melewatinya, tanpa arah, tetapi hanya foton dalam modus spasial didukung oleh resonator akan melewati lebih dari sekali melalui media dan menerima amplifikasi substansial.

Balok dalam rongga dan output dari sinar laser, saat bepergian di dalam ruang bebas (atau medium homogen) daripada pandu (seperti dalam sebuah laser serat optik), dapat diperkirakan sebagai balok Gaussian di laser paling; seperti balok pameran divergensi minimum untuk diameter tertentu. Namun beberapa laser daya tinggi mungkin multimode, dengan mode melintang sering didekati dengan menggunakan Hermite-Gaussian atau fungsi Laguerre-Gaussian. Telah ditunjukkan bahwa resonator laser stabil (tidak digunakan dalam laser paling) menghasilkan fraktal berbentuk balok [7] Dekat "pinggang" berkas (atau wilayah fokal) itu sangat collimated:. Muka gelombang adalah planar, normal terhadap arah propagasi , dengan tidak ada perbedaan balok pada saat itu. Namun karena difraksi, yang hanya bisa tetap setia baik dalam rentang Rayleigh. Sinar dari mode melintang tunggal (gaussian beam) laser akhirnya menyimpang pada sudut yang berbanding terbalik dengan diameter balok, sebagaimana diharuskan oleh teori difraksi. Jadi, "balok pensil" langsung dihasilkan oleh laser helium-neon biasa akan menyebar ke ukuran mungkin 500 kilometer ketika bersinar di Bulan (dari jarak bumi). Di sisi lain cahaya dari laser semikonduktor biasanya keluar dari kristal kecil dengan perbedaan besar: sampai 50 °. Namun bahkan seperti sinar divergen bisa diubah menjadi sinar yang sama collimated melalui suatu sistem lensa, seperti yang selalu disertakan, misalnya, dalam laser pointer yang cahayanya berasal dari dioda laser. Itu dimungkinkan karena cahaya kesejahteraan mode spasial tunggal. Properti unik dari sinar laser, koherensi spasial, tidak dapat direplikasi menggunakan sumber cahaya standar (kecuali dengan membuang sebagian besar cahaya) sebagai dapat dihargai dengan membandingkan balok dari senter (obor) atau sorotan untuk yang hampir laser apapun.

Mekanisme memproduksi radiasi laser bergantung pada emisi terstimulasi, dimana tenaga diambil dari transisi dalam sebuah atom atau molekul. Ini adalah fenomena kuantum ditemukan oleh Einstein yang berasal hubungan antara emisi A spontan koefisien menggambarkan dan koefisien B yang berlaku untuk penyerapan dan emisi dirangsang. Namun dalam kasus laser elektron bebas, tingkat energi atom yang tidak terlibat, tampak bahwa pengoperasian perangkat ini agak eksotis dapat dijelaskan tanpa merujuk pada mekanika kuantum.