Что такое длина волны лазера и за что она отвечает

• Что такое длина волны лазера?
• Виды лазеров и их длина волны
• Отличия лазерного света от обычного 
• Спектр лазерного излучения (цвет лазера)
• Как определить длину волны лазера? 

Что такое длина волны лазера?

Лазерное излучение является видом физической энергии, не встречающимся в природных источниках света. Оно вырабатывается специальными приборами - оптическими квантовыми генераторами (ОКГ), получившими название – лазер.

Длина волны лазера - это расстояние, на которое распространяется волна за период, равный расстоянию между двумя ближайшими точками среды, колеблющимися в одной фазе. 

Длина волны составляет около нескольких тысяч нанометров, чем ближе к ультрафиолетовой области, тем она короче. Может достигать сотен нанометров или даже меньше. Различные длины волн и частоты применяются в различных областях развития, принося новые прорывы в научно-техническое развитие.

Длина волны электромагнитного излучения оптического диапазона измеряется в нанометрах (нм) или микрометрах (мкм) (1 мкм = 1 000 нм).

Свет исходит от своего источника в виде волн. Подобно океанской волне, световая волна имеет измеримую высоту, длину и продолжительность. Ученые измеряют длину волны в нанометрах (нм), а видимый свет имеет длину от 400 до 700 нм. Различные длины волн света дают разные цвета. Многие из этих длин волн относятся к видимому спектру, что означает, что их можно увидеть невооруженным глазом. 

• Свет с длиной волны 400 нм выглядит фиолетовым;
• свет с длиной волны 450 нм - синим;
• оранжевый 585-620 нм;
• длина волны 650-700 нм имеет красный цвет.

Длины волн света могут быть больше, чем длины волн видимого спектра. Эти длины волн, известные как инфракрасные, имеют размер от 700 нм до 1 миллиметра (мм). Инфракрасные длины волн, наиболее близкие к видимому свету, известны как ближний инфракрасный свет. Он имеет длину волны от 800 до 2500 нм.

В настоящее время одним из наиболее распространенных источников лазерного излучения являются лазерные диоды, длина волны которых определяется их конструкцией и материалами, используемыми для их изготовления. Лазерные диоды приводятся в действие электрическим током и преобразуют электрическую энергию в свет. Не все длины волн могут быть получены от лазеров с требуемыми параметрами, необходимыми для конкретного применения, такими как мощность или энергия. Когда требуются другие длины волн лазера, обычно используется тот или иной тип преобразования. 

Цвет или длина волны излучаемого света зависит от типа используемого материала.  Например, если в качестве материала используется кристалл неодим:иттрий-алюминиевого граната (Nd:YAG), то будет излучаться свет с длиной волны 1064 нм. Некоторые материалы и газы способны излучать более одной длины волны. Длина волны излучаемого света в этом случае зависит от оптической конфигурации лазера.

Рис. 1. Диапазон видимого человеком спектра волн 

Виды лазеров и их длина волны 

Рабочее тело	Длина волны
Эксимерный лазер	193 нм (ArF), 248 нм (KrF), 308 нм (XeCI), 353 нм (XeF)
Рубиновый лазер	694,3 нм
Алюмо-иттриевые лазеры с неодимовым легированием (Nd:YAG)	1,064 мкм (1,32 мкм)
Полупроводниковый лазерный диод	0,4 мкм (GaN), 0,63 — 1,55 мкм (AIGaAs), 3-20 мкм (соли свинца)
Оптоволоконный лазер с эрбиевым легированием	1,53-1,56 мкм
Гелий-неоновый лазер	632,8 нм (543,5 нм, 593,9 нм, 611,8 нм, 1,1523 мкм, 1,52 мкм, 3,3913 мкм)
Александритовый лазер	от 700 до 820 нм
Титан-сапфировый лазер	650 — 1100 нм
Диодный лазер	Длина волны составляет 800 — 900 нм

Отличия лазерного света от обычного 

Лазер генерирует луч интенсивного света. Основное отличие лазерного света от света, генерируемого источниками белого света (такими как лампочка), заключается в том, что лазерный свет является монохроматическим, направленным и когерентным (синфазным). Монохроматический означает, что весь свет, производимый лазером, имеет одну длину волны. Белый свет - это сочетание всех видимых длин волн (400 - 700 нм). Направленный означает, что луч света имеет очень низкую расходимость. Свет от обычных источников, таких как лампочка, расходится, распространяясь во всех направлениях. Интенсивность может быть большой в источнике, но она быстро уменьшается по мере удаления наблюдателя от источника. 

Выходное излучение лазера имеет очень маленькую расходимость и может поддерживать высокую интенсивность луча на больших расстояниях.  Таким образом, относительно маломощные лазеры способны проецировать больше энергии на одной длине волны в пределах узкого пучка, чем можно получить от гораздо более мощных обычных источников света.

Спектр лазерного излучения (цвет лазера)

Спектр лазерного излучения, или цвет лазера, - это диапазон длин волн света, который излучает лазер. Цвет лазера определяется длиной волны излучаемого им света, которая зависит от типа лазера и материалов, использованных в его конструкции. Вот некоторые распространенные цвета лазеров и соответствующие им длины волн:Красный лазер имеет длину волны около 630-670 нанометров (нм);

• Зеленый лазер 532 нм;
• Синий лазер около 445-450 нм;
• Желтый лазер около 589 нм;
• Инфракрасный лазер имеет длину волны более 700 нм;
• Ультрафиолетовый лазер имеет длину волны менее 400 нм.

Цвет лазера важен, потому что он влияет на эффективность в различных сферах применения. Например, зеленые лазеры часто используются в астрономии и устройствах наведения, потому что они легко различимы человеческим глазом. Красные лазеры используются в сканерах штрих-кодов и лазерных указателях, а синие лазеры часто применяются в медицине и косметологии, например, в глазной хирургии. Длина волны лазера также влияет на его потенциальную опасность: более короткие волны более опасны для глаз и кожи. В физиотерапии наиболее часто применяют ближний инфракрасный диапазон, который обладает наибольшим проникающим действием и мягкими биологическими и лечебными эффектами.

Рис. 3. Применение лазеров с различными длинами волн

Как определить длину волны лазера? 

Существует несколько методов определения длины волны лазера. Вот несколько примеров:

Спектрометры

Спектрометры - это устройства, которые могут измерять спектральное содержание лазерного луча, включая длину волны. Они работают путем разделения лазерного луча на составляющие его длины волн и измерения интенсивности каждой составляющей.

Интерференционные фильтры

Интерференционные фильтры могут использоваться для выделения определенной длины волны из лазерного луча. Они работают путем избирательного отражения или пропускания света определенной длины волны, блокируя при этом другие длины волн.

Дифракционные решетки

Дифракционные решетки - это устройства, которые разделяют лазерный луч на составляющие его длины волн путем дифракции света. Угол, под которым дифрагируют различные длины волн, зависит от их длины волны, что позволяет измерить длину волны.

Оптические анализаторы спектра

Оптические анализаторы спектра - это специализированные приборы, которые могут измерять спектральное содержание лазерного луча с высоким разрешением. Они работают с помощью комбинации дифракционных решеток и фотоприемников для определения интенсивности света на каждой длине волны.

Метод, используемый для определения длины волны лазера, зависит от таких факторов, как требуемая точность, тип лазера.