Физика лазерной указки: от полупроводника до красной точки

1. Как устроен лазерный диод
   • В основе лазерной указки — полупроводниковый лазерный диод. Это p-n-переход из арсенида галлия (GaAs) или похожих материалов.
   • Когда на диод подают ток, электроны и дырки рекомбинируют в активной области. При этом выделяется фотон. Если ток достаточно велик, возникает инверсия населённостей — больше возбуждённых электронов, чем в основном состоянии.
2. Усиление света и резонатор
   • Фотоны, летящие вдоль активной области, вызывают вынужденное излучение: они заставляют другие возбуждённые электроны испускать точно такие же фотоны. Свет лавинообразно усиливается.
   • Чтобы усиление было эффективным, нужен резонатор — два зеркала по краям кристалла. Одно зеркало отражает 99% света, другое — 95%. Через полупрозрачное зеркало выходит луч.
3. Красный цвет и длина волны
   • Цвет лазера определяется шириной запрещённой зоны полупроводника. Для красных указок (650 нм) используют GaInP (фосфид галлия-индия). Для зелёных (532 нм) нужен более сложный каскад с удвоением частоты.
   • Лазерный луч почти монохроматичен — его спектральная ширина составляет доли нанометра. Именно поэтому он не размывается, как свет от светодиода.
4. Почему лазер светит далеко и не рассеивается
   • Лазерный луч очень мал по угловой расходимости — обычно 0,5–2 миллирадиана. Это в сотни раз меньше, чем у обычного фонарика.
   • Маленькая расходимость достигается за счёт того, что излучение выходит из крошечного отверстия (диаметр несколько микрон) и коллимируется линзой. Но даже при этом на расстоянии 1 км пятно от указки расширяется до нескольких метров.

Оглавление можно менять: перед оплатой вы бесплатно правите главы и параграфы под требования преподавателя.