Laser-valo

verran voin valistaa, että laserin valo syntyy, kun viritettyjen atomeiden viritystila puretaan fotoneilla, joiden energia on lähellä viritystilan purkautumisenergiaa. Fyysikot puhuvat stimuloidusta emissiosta, joka eroaa spontaanista emissiosta, jota havaitaan esimerkiksi loisteputkessa. Laserin valo ei ole välttämättä monokromaattista eikä koherenttia, eikä laserlamppu säteile mitään siistiä sädettä, niinkuin jossain scifi-elokuvassa. Jos valo synnytetään resonaattorissa, niin voidaan puhua Gaussin säteestä, joka hajaantuu edetessään optiikan lakien mukaan. Monissa resonaattoreissa ovat useat värähtelymoodit mahdollisia, jolloin säde näyttää lähinnä risuaidalta. Vety- ja typpilasereissa ei käytetä resonaattoria ollenkaan, ja laser säteilee esimerkiksi 30 asteen kartioon, ja taajuusjakauma (tai aallonpituusjakauma) on lämpöliikkeen aiheuttaman Doppler-efektin määräämä.
Jos resonaattorin lähtöikkunasta kulkisi läpi monokromaattinen valokimppu, ja valaistun alueen
läpimitta on D, ja allonpituus on l, niin tällöin valonsäde hajaantuu suunnilleen kulmaan a = l / D, riippuen tietysti amplitudijakaumasta ikkunassa. Jos kyseessä on HeNe-laser, niin säde hajaantuu suunnilleen 1 mrad kulmaan.

minätässä kirjoitti:

verran voin valistaa, että laserin valo syntyy, kun viritettyjen atomeiden viritystila puretaan fotoneilla, joiden energia on lähellä viritystilan purkautumisenergiaa. Fyysikot puhuvat stimuloidusta emissiosta, joka eroaa spontaanista emissiosta, jota havaitaan esimerkiksi loisteputkessa. Laserin valo ei ole välttämättä monokromaattista eikä koherenttia, eikä laserlamppu säteile mitään siistiä sädettä, niinkuin jossain scifi-elokuvassa. Jos valo synnytetään resonaattorissa, niin voidaan puhua Gaussin säteestä, joka hajaantuu edetessään optiikan lakien mukaan. Monissa resonaattoreissa ovat useat värähtelymoodit mahdollisia, jolloin säde näyttää lähinnä risuaidalta. Vety- ja typpilasereissa ei käytetä resonaattoria ollenkaan, ja laser säteilee esimerkiksi 30 asteen kartioon, ja taajuusjakauma (tai aallonpituusjakauma) on lämpöliikkeen aiheuttaman Doppler-efektin määräämä.
Jos resonaattorin lähtöikkunasta kulkisi läpi monokromaattinen valokimppu, ja valaistun alueen
läpimitta on D, ja allonpituus on l, niin tällöin valonsäde hajaantuu suunnilleen kulmaan a = l / D, riippuen tietysti amplitudijakaumasta ikkunassa. Jos kyseessä on HeNe-laser, niin säde hajaantuu suunnilleen 1 mrad kulmaan.

Lue lisää

Tuo oli aika tyhjentävää, mutta muutaman lisäyksen tekisin:

Ei ole edes välttämätöntä käyttää stimuloitua emissiota tietyn atomin energiatilojen välillä. Esimerkiksi puolijohdelasereissa stimuloitu emissio tapahtuu atomeista muodostuneen systeemin johtavuus- ja valenssivyön energiatilojen välillä. Kvanttikaivolasereissa taas elektronit ovat potentiaalikuopassa ja emissio tapahtuu kun elektroni siirtyy tässä systeemissä korkeammalta tilalta matalammalle.

Oleellista on siis se, että tapahtuu stimuloitu emissio, missä (kuvainnollisesti) tuleva fotoni aikaansaa elektronin siirtymisen alemmalle energiatilalle ja tällöin emittoituva fotoni on identtinen tulleen fotonin kanssa. Eli fotoni "tuplaantuu".

Resonaattorissa synnytetyn laser-säteen ei tarvitse olla Gaussinen. Gaussinen säde on erikoistapaus, joka saadaan aikaan pallopeiliresonaattorissa. Esimerkiksi VCSEL-lasereissa säde on aivan erilainen. Itseasiassa sopivalla tavalla suunnittelemalla voidaan tehdä laserin resonaattori siten, että ulostulevan säteen intensiteettijakauma noudattelee vaikka Kekkosen kallon muotoa.

Laserista lähtevä valo voi olla hyvin vaihtelevaa koherenssiominaisuuksiltaan. Voi olla joko hyvin koherenttia, hyvin epäkoherenttia ja melkein mitä vaan siltä väliltä. Mutta itseasiassa laserin valo ei koskaan ole täysin koherenttia, koska laserin valo ei koskaan ole täysin monokromaattista.

minätässä kirjoitti:

verran voin valistaa, että laserin valo syntyy, kun viritettyjen atomeiden viritystila puretaan fotoneilla, joiden energia on lähellä viritystilan purkautumisenergiaa. Fyysikot puhuvat stimuloidusta emissiosta, joka eroaa spontaanista emissiosta, jota havaitaan esimerkiksi loisteputkessa. Laserin valo ei ole välttämättä monokromaattista eikä koherenttia, eikä laserlamppu säteile mitään siistiä sädettä, niinkuin jossain scifi-elokuvassa. Jos valo synnytetään resonaattorissa, niin voidaan puhua Gaussin säteestä, joka hajaantuu edetessään optiikan lakien mukaan. Monissa resonaattoreissa ovat useat värähtelymoodit mahdollisia, jolloin säde näyttää lähinnä risuaidalta. Vety- ja typpilasereissa ei käytetä resonaattoria ollenkaan, ja laser säteilee esimerkiksi 30 asteen kartioon, ja taajuusjakauma (tai aallonpituusjakauma) on lämpöliikkeen aiheuttaman Doppler-efektin määräämä.
Jos resonaattorin lähtöikkunasta kulkisi läpi monokromaattinen valokimppu, ja valaistun alueen
läpimitta on D, ja allonpituus on l, niin tällöin valonsäde hajaantuu suunnilleen kulmaan a = l / D, riippuen tietysti amplitudijakaumasta ikkunassa. Jos kyseessä on HeNe-laser, niin säde hajaantuu suunnilleen 1 mrad kulmaan.

Lue lisää

Mitä te mulle vastaatte laservalon synnystä? Miksi ette kirjoita alkuperäiselle kysyjälle? Tiedän sen aivan riittävän hyvin kvanttitasolta alkaen.

tarkentaja2 kirjoitti:

Mitä te mulle vastaatte laservalon synnystä? Miksi ette kirjoita alkuperäiselle kysyjälle? Tiedän sen aivan riittävän hyvin kvanttitasolta alkaen.

Varmaan siksi, että onnistuit heti alkuun pistämään pari soopaa olevaa väitettä: Laserin valo ei monokromaattista; ainoastaan joissain tapauksissa se on likimain monokromaattista. Toisekseen, laserin valon ei tarvitse olla koherenttia vaan se on joskus erittäin epäkoherenttia, kuten excimer-lasereissa.

Polarization kirjoitti:

Varmaan siksi, että onnistuit heti alkuun pistämään pari soopaa olevaa väitettä: Laserin valo ei monokromaattista; ainoastaan joissain tapauksissa se on likimain monokromaattista. Toisekseen, laserin valon ei tarvitse olla koherenttia vaan se on joskus erittäin epäkoherenttia, kuten excimer-lasereissa.

Lue lisää

Sorry, en huomannut että puhun insinöörien tai kokeellisten käsitteiden kanssa.

Sillä puhdas laservalon on juuri sitä mitä väitinkin. Tietenkään käytännössä ei monokromaattisuuden ja koherenttiuden toteutus ole helppoa vai onko edes mahdollistakaan muissa kuin kvanttilasereissa? Tekniset murheet eivät ole minun asiani.

Mutta jos valo ei ole koherenttia tai monokromaattista, ei ole laseria, se on vain sinne päin.

tarkentaja2 kirjoitti:

Sorry, en huomannut että puhun insinöörien tai kokeellisten käsitteiden kanssa.

Sillä puhdas laservalon on juuri sitä mitä väitinkin. Tietenkään käytännössä ei monokromaattisuuden ja koherenttiuden toteutus ole helppoa vai onko edes mahdollistakaan muissa kuin kvanttilasereissa? Tekniset murheet eivät ole minun asiani.

Mutta jos valo ei ole koherenttia tai monokromaattista, ei ole laseria, se on vain sinne päin.

Lue lisää

Millaista valo on pikosekuntilaserissa, jonka aallopituus on esimerkiksi 1000 nm? Kokonaisia aaltoja, kokonaisia puoliaaltoja vai mitä ihmettä sinnepäin?

tarkentaja2 kirjoitti:

Sorry, en huomannut että puhun insinöörien tai kokeellisten käsitteiden kanssa.

Sillä puhdas laservalon on juuri sitä mitä väitinkin. Tietenkään käytännössä ei monokromaattisuuden ja koherenttiuden toteutus ole helppoa vai onko edes mahdollistakaan muissa kuin kvanttilasereissa? Tekniset murheet eivät ole minun asiani.

Mutta jos valo ei ole koherenttia tai monokromaattista, ei ole laseria, se on vain sinne päin.

Lue lisää

Mitähän mahdat sitten tarkoittaa "puhtaalla" laservalolla; kenties jotain sellaista, mitä ei oikeasti ole olemassa.

Laser = light amplification by stimulated emission of radiation. Mikä tuossa määrää sen, että laserin valon on oltava monokromaattista saati sitten koherenttia? Tietysti jos tapahtuu yksi stimuloitu emissio, niin se on jossain mielessä täysin "koherentti" tapahtuma (mikä on tietyssä mielessä järjetön lause, koska kentän koherenssi on statistinen ominaisuus).

Mutta heti jos systeemi koostuu useammasta kuin yhdestä energiatilaansa muuttavasta elektronista ja systeemin lämpötila on suurempi kuin 0 K, syntyvä kenttä on osittain koherenttia ja ainoastaan korkeintaan kvasimonokromaattista. Ja silti taatusti kyse on valon vahvistamisesta stimuloidulla emissiolla.

Esimerkiksi puolijohdelasereissa jo lähtökohtaisesti on leveä kaista, koska sallitut energiatilat johtavuus ja valenssivyöllä eivät ole äärettömän kapeita. Ja silloin myös koherenssiaika on äärellinen. Ja lisäksi kaista voi vahvistaa useita moodeja, jolloin voidaan toteuttaa myös lähes mielivaltaisen paikkakoherenssin omaava kenttä; kenttä voi joissa tapauksissa olla jopa kvasihomogeeninen. Ja taatusti puolijohdelasereissa kyse on valon vahvistamista stimuloidulla emissiolla, eli kyseessä on laser.