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¿Por qué un rayo láser divergen?

Me preguntaba por qué un rayo láser diverge. Si todos los fotones están en la misma dirección, me imagino que iba a permanecer de esa manera a través de una larga distancia. Soy consciente de que perfectamente haz colimado con ninguna divergencia no puede ser creado debido a la difracción, pero estoy en busca de una explicación basada en los fotones en lugar de física de ondas.

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Mark Elliot Puntos 31871

Debido al principio de incertidumbre de Heisenberg $\Delta x\Delta p\gtrsim \frac{\hbar}2$, uno no puede realmente hacer un cuántica han cero impulso en cualquier dirección. Así que no pueden decir que los fotones ir en la misma dirección - esto es sólo una descripción simplificada de funcionamiento del láser. En realidad, el diluyente de la viga, mayor es la divergencia.

Comparar por ejemplo un láser DPSS (por ejemplo, puntero láser verde) con un láser de diodo (por ejemplo, un puntero láser rojo).

  • En un láser DPSS el material activo tendrá un diámetro del orden de cientos de micrómetros, y la salida de la viga se iniciará a partir incluso de menor diámetro, por diversas razones. La divergencia es bastante pequeño: si se quita el colimador, tu imagen de luz de un puntero láser verde va a ser de varios centímetros después de que la luz pasa a varios metros. El ángulo de divergencia podría ser $\sim \lambda/d=532\text{nm}/100\operatorname{\mu m}\sim0.3^\circ$.

  • Si usted trate de hacer lo mismo con un puntero láser rojo, verás que su luz se desvía mucho: después de varios centímetros en la dirección de propagación, ya de dar la imagen de varios centímetros. La razón de esto es que la zona activa de láser de diodo tiene un diámetro del orden de varios micrómetros. Esto hace que la salida del haz muy delgado, lo $\Delta x$ pequeños y por lo tanto $\Delta p$ alto, y esto es lo que provoca un alto grado de divergencia. El ángulo de divergencia podría ser $\sim \lambda/d=640\text{nm}/1\operatorname{\mu m}\sim 40^\circ$. Real ángulo dependerá de que la dirección transversal a seleccionar, debido a que la zona activa es $\sim 10\times$ más en un sentido que en otro.

En general, el grueso de su partida rayo láser, el más colimado es, así que si te las arreglas para hacer un (visible de longitud de onda) láser con haz partir de 1cm de espesor, tendrás casi perfectamente colimado rayo láser.

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helge Puntos 69

Hablando de los fotones no significa renunciar al concepto de un modo espacial. Si usted mira un rayo láser, que es divergente, y atenuar el nivel de fotones individuales que todavía tiene las mismas propiedades espaciales. La atenuación no cambia la forma en que la luz (o fotones) están propagando. La suposición de que todos los fotones se propagan en la misma dirección es incorrecta.

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