¿Por qué produce la radiación coherente de un láser?

Question

Breve pregunta: ¿por qué es la luz emitida por un laser coherente?

Respectivamente, ¿por qué es emisión estimulada coherente?

Editar: ¿cómo un láser emiten luz en un estado coherente? parece estar conectado a la pregunta pero, como hasta aquí lo entiendo, realmente no pretende

Answer 1

Primero de todo, tenga en cuenta que hay dos formas pertinentes de la coherencia de un láser: temporal (donde la fase del campo es constante con el tiempo, es decir, el campo es de una sola frecuencia) y espacial (la fase del campo es constante en todo el ancho de la viga).

Suponiendo que usted está pensando en coherencia temporal, tal vez trate de pensar en este clásico y empezar con una pregunta relacionada con:

¿Por qué es la luz que sale de una pieza clara de cristal coherente (de la misma frecuencia, fase y dirección) con la luz que entra?

Una manera de abordar esto es imaginar la luz como un campo variable en el tiempo de perturbación en los átomos con los que está interactuando. Clásicamente, el campo E-sinusoidal acelera los electrones, llegar absorbido en su movimiento. Cuando la aceleración de los gastos de re-emiten la radiación, será con la misma fase, frecuencia y polarización como el apasionante campo porque esa es la forma en que los cargos se están moviendo--que fueron expulsados de esa manera por el campo. Por lo tanto la luz que emerge del mismo color y de la fase había de ir, y nadie se sorprende.

La emisión estimulada es una situación similar. Mientras que (obviamente) más complejo, en cierta manera, de nuevo se puede añadir un sinusoidal variable en el campo de la electrónica de Hamilton. En una población invertida medio de ganancia, esto tendrá el efecto de causar que los electrones para evolucionar a un estado de energía inferior, la emisión de luz. De qué color y la fase de la luz? Pues bien, lo mismo como la luz de excitación ya que es la forma en que los electrones se están moviendo. Simplemente no hay otra fase y frecuencia para que ellos tienen, porque no hay ningún intermediario entre ellos y el campo de la conducción; son conducidas directamente.

Todo esto es para decir que cualquier proceso donde la emisión es conducido directamente por un campo externo de preservar la información de fase. Estos son coherentes los procesos, incluyendo, por ejemplo, no lineales de segundo armónico o generación de diferencia de frecuencia. Estos son, en contraste con incoherente procesos, tales como la fotoluminiscencia, que son básicamente las formas de emisión espontánea. Por cierto, así, preservar la información de la frecuencia de la apasionante campo es una cuestión de conservación de la energía, ya que la energía del fotón es igual a la frecuencia de los tiempos de la constante de Planck.

Así que esto describe la emisión estimulada. En un láser, tienes comentarios, la dinámica de la que añade otra capa de complejidad y el resultado en la formación de un solo estado dominante existente en la cavidad. Un tema para otro día, supongo.

Answer 2

Hay tres características de los láseres:

1. El láser emite fotones de casi la misma longitud de onda. Esto tiene que ver con el utilizado medio de ganancia y su pureza.
2. El campo eléctrico de los componentes de un fotón tiene nodos en los espejos de los láseres de cavidad. Esto son los llamados modos longitudinales. Sólo estos fotones se llega a reflejarse a partir de los espejos con casi la misma frecuencia, los otros fade out al calor.
3. Los espejos de la cavidad puede tener diferentes formas. De la forma depende de la transversal de los modos del láser. Esto y el uso de la mitad-que reflejan los espejos podría hacer que el haz de láser polarizada.

(Los enlaces se va a la Wikipedia en alemán. Para que lo siento, pero en la wiki en inglés esta información no está disponible.)