Лазерное когерентное излучение — это процесс, основанный на стимулированном излучении, который характеризуется высокой когерентностью, монохроматичностью и направленностью.

Физическая природа лазерного когерентного излучения:

Стимулированное излучение: Лазеры работают на принципе стимулированного излучения, когда возбужденные атомы или молекулы возвращаются в основное состояние, испуская фотон. Этот фотон имеет ту же частоту, фазу и направление, что и инициирующий фотон, что приводит к усилению света.

Когерентность: Когерентность означает, что волны имеют постоянную фазовую разность. Лазеры создают когерентное излучение, потому что излучаемые фотоны имеют одинаковую фазу, что приводит к интерференционным эффектам и образованию четких когерентных пучков.

Резонатор: Лазерная установка обычно включает резонатор, состоящий из двух зеркал, который усиливает свет за счет многократного отражения и стимулированного излучения. Это способствует сохранению когерентности и монохроматичности излучения.

Ограничения по монохроматичности и направленности:

Допуск к уровню энергии: Лазеры имеют некоторые пределы ширины спектра. Физические свойства активной среды, такие как температуры и давления, а также размеры резонатора могут влиять на ширину полосы излучения. Это приводит к тому, что даже лазеры, которые изначально разрабатывались для монохроматического излучения, могут иметь некоторую ширину спектра.

Температура и неоднородность среды: Нерегулярности в материалaх активной среды, а также изменения температуры могут вызвать изменение частоты излучаемых фотонов, что также приводит к увеличению ширины спектра и снижению монохроматичности.

Форма и размеры пучка: На направленность лазерного излучения влияет конструкция оптики резонатора и параметры активной среды. Отклонения от идеальной геометрии, а также факторы, такие как дифракция, могут вызвать рассеяние и расширение пучка.

Неидеальные зеркала: Качество зеркал в резонаторе также имеет значение. Неполная отражающая способность или полосатость могут вызывать дополнительные потери и приводить к нежелательному размножению мод.

Таким образом, несмотря на то, что лазеры обеспечивают высокий уровень монохроматичности и направленности, различные факторы могут ограничивать эти свойства, что учитывается при проектировании и использовании лазерных систем.