TEA激光-激光是如何工作的

成分

这是可能的。虽然很危险，所以请不要尝试)来制造一个相对简单的激光器，它可以作用于空气中的氮气。

这个想法是在两个板之间快速施加一个非常大的电压，这激发了它们之间的空气，它们之间发生了激光。

基本设置

我遇到的麻烦比我预想的要多，我不得不用真空泵来降低压强，这样可以增加激发态分子的寿命，让整个过程变得简单一些。它似乎不是每次射击都能命中，但有时确实能命中。

TEA激光发射

基本思想

空气分子被高压激发，其中一些分子以光的形式释放能量，这触发了其他分子，产生了一连串的光被发射出来。

	空气分子一开始是不兴奋的。
	很快就施加了很高的电压，刺激了大多数空气分子。
	一些空气分子自发地发出一个光子。然后它撞击另一个分子，激发第二个光子的发射，第二个光子撞击更多的分子，激发更多的光。

电路在做什么?

这个电路基本上是用来快速施加高压的

首先，高电压使两个顶板充电到大约10kV	火花间隙然后击穿有效地缩短右手板到地平面。这会在两个极板之间产生非常快的电压差。

原子为什么会发光?

在原子中，电子被限制在一定的能级上，电子可以吸收能量并向上移动。然后它可以以光子的形式发射出这种能量。当光随机发射时，它可以自发地这样做，也可以被另一个光子激发释放能量。受激光子在方向、频率和相位上与原光子完全相同。

受激的电子可以自发地向任意方向发射光子。	一个被激发的电子受到一个光子的撞击，这个光子刺激它发射出第二个相同的光子。

激光代表受激辐射放大的光，产生一些激光光子很容易，但放大光就比较困难了。

问题是处于较低能级的电子可以吸收光，所以如果跃迁底部的电子比顶部的多，电子吸收的光就会比它们发射的光多。

不幸的是，对于激光设计者来说，自然会有更多的电子处于较低的能级，因为有些电子是通过热量损失或自发发射到达那里的。

解决这个问题的方法是使用更复杂的能级结构。如果光的发射使电子进入一个状态它很快就会离开这个状态到达基态。这意味着高能级上的电子比低能级上的电子多，这被称为粒子数反转。

处于较低能级的电子如果受到光子的撞击就能吸收能量。	为了避免这个问题，激光器被设计成具有从较低能级到基态的非常快的过渡，从而使较低能级保持空状态

这意味着在激光介质中移动的光子更有可能被放大而不是被吸收，所以你得到了激光。

氮激光在如此短的时间内是有效的，因为最高能级必须容易进入，所以它也很容易通过自发发射逃逸。所以激光状态只持续几十纳秒。这使得制造激光器变得非常困难，因为你必须在几纳秒内激发腔内的所有空气。

更复杂的激光器使用具有4个状态和一个激光跃迁的系统，这是一个非常糟糕的自发发射，因此激光可以持续发射。

更复杂的激光器使用4级系统，所以激光跃迁可以非常缓慢地自发发射能量，所以他们可以继续激光。