Принцип дії лазера
Слово лазер (на англ. Laser) є акронімом слів «light amplification by stimulated emission of radiation» (посилення світла шляхом вимушеного випромінювання).
Основи теорії були закладені в декількох основних принципах фізики, які були вперше сформовані великим вченим Альбертом Ейнштейном в 1916 році.
Унікальність лазерної енергії полягає в монохроматичности (т. Е. В наявності в спектрі хвиль тільки однієї довжини) і когерентності (в поширенні електромагнітних хвиль строго впорядковано в часі і просторі) лазерного світла, завдяки чому досягається надзвичайно висока концентрація світлової енергії. В цілому, світло лазера володіє чотирма особливими якостями, які відрізняють його від звичайного світла:
- монохроматичность (складається з однієї довжини світлової хвилі);
- спрямованість (світлові хвилі йдуть паралельно один одному);
- однофазні (точки мінімуму і максимуму хвиль синхронні);
- висока інтенсивність.
Важливим наслідком цих чотирьох якостей є те, що лазерне світло володіє надзвичайною потужністю і він може бути націлений з великою точністю.
В основі механізму дії монохроматичного когерентного випромінювання лазерів лежить поглинання світлової енергії атомами, молекулами сполук з перетворенням її в теплову, акустичну, механічну, електрохімічний енергію фотохімічних процесів. Це впливає на біофізичні властивості тканин і біохімічні процеси, що відбуваються в них, що, в свою чергу, відбивається на функціональному стані тієї чи іншої системи і організму в цілому.
В основі принципу дії лазера лежать два процеси:
- вимушене випромінювання;
- Зворотній зв'язок.
Вимушене випромінювання - це випускання електромагнітного випромінювання збудженої квантовою системою під впливом зовнішнього випромінювання, що є вимушує в тому випадку, коли частота, поляризація, фаза і напрямок випромінюваних лазерним речовиною фотонів точно відповідає цим же параметрам фотонів зовнішнього випромінювання.
Для виникнення випромінювання необхідно створити інверсно населеність. Вона полягає в тому, що в квантовій системі, що має дискретні енергетичні рівні, знаходяться два таких рівня, для яких число збуджених частинок на верхньому енергетичному рівні більше числа частинок на нижньому, на який і переходить система після генерації випромінювання.
Направляючи частина посиленого випромінювання назад в систему, тобто встановивши зворотний зв'язок, можна ще більше посилити початкове випромінювання, зберігши всі його характеристики. Таким чином, виникає генерація електромагнітного випромінювання. Електромагнітне випромінювання з'являється, коли заряджена частинка, така як електрон, віддає енергію. Такий відбувається кожного разу, коли електрон переходить від високоенергетичного стану до меншого енергетичного стану, в атомі або йоні, як це відбувається з флуоресцентним світлом. Таке також трапляється при зміні вібруючого або обертального стану молекули.
Колір світла визначається його частотою або довжиною хвилі. Більш короткі хвилі - це ультрафіолет, а більш довгі відносяться до інфрачервоного випромінювання. Найменша частична енергії світла описується в квантовій механіці як фотон. Різниця в рівнях енергії, що впливає на збуджений електрон, визначає довжину хвилі випромінюваного світла.