In che modo lo spettro di un laser differisce dalle altre fonti di luce?

Ehilà! Come fornitore di spettro, ultimamente ho ricevuto un sacco di domande su come lo spettro di un laser differisca dalle altre fonti di luce. Quindi, ho pensato di sedermi e abbatterlo per tutti voi in un modo facile da capire.

Cominciamo con le basi. Quando parliamo dello spettro di una fonte di luce, stiamo essenzialmente parlando della gamma di lunghezze d'onda o frequenze che la luce contiene. Diverse fonti di luce hanno spettri diversi e questi spettri possono dirci molto sulle proprietà della luce e su come si comporta.

Altre fonti luminose

Innanzitutto, diamo un'occhiata ad alcune fonti di luce non laser comuni.

Luci a incandescenza

Le lampadine a incandescenza funzionano riscaldando un filamento fino a quando non si illumina. Lo spettro di una luce a incandescenza è uno spettro continuo. Ciò significa che emette luce su una vasta gamma di lunghezze d'onda. È come un arcobaleno, con tutti i colori dello spettro visibile (e anche di una luce a infrarossi e ultravioletti) mescolati insieme. Il picco dello spettro per una lampadina a incandescenza si trova di solito nella regione a infrarossi, motivo per cui queste lampadine emettono molto calore insieme alla luce.

Luci fluorescenti

Le luci fluorescenti funzionano da un eccitante vapore di mercurio all'interno di un tubo, che emette quindi la luce ultravioletta. Questa luce ultravioletta viene quindi assorbita da un rivestimento di fosfori all'interno del tubo, che emette la luce come luce visibile. Lo spettro di una luce fluorescente è una combinazione di linee discrete e uno sfondo continuo. Le linee discrete provengono dalle specifiche transizioni energetiche negli atomi di mercurio e nei materiali del fosforo. Questo è il motivo per cui le luci fluorescenti hanno spesso un colore un po 'più "più duro" rispetto alle luci a incandescenza, in quanto non coprono l'intero spettro visibile in modo regolare.

Luci a LED

I LED, o luce - emettendo diodi, stanno diventando sempre più popolari. Lo spettro di un LED può variare a seconda del suo design. Alcuni LED sono progettati per emettere luce a una singola lunghezza d'onda stretta, che dà loro un colore molto puro. Ad esempio, un LED rosso potrebbe emettere luce principalmente nella parte rossa dello spettro. Tuttavia, i LED bianchi sono un po 'diversi. Di solito combinano più LED di diversi colori (come rosso, verde e blu) o usano un LED blu con un rivestimento di fosfori per creare una luce più "bianca - dall'aspetto". Lo spettro di un LED bianco può essere una combinazione di picchi discreti dai diversi LED di colore o uno spettro dall'aspetto più continuo se viene utilizzato un fosforo.

Lo spettro di un laser

Ora parliamo di laser. I laser sono piuttosto speciali quando si tratta dei loro spettri.

Monocromaticità

Una delle caratteristiche chiave di un laser è la sua monocromaticità. Un laser emette luce a una singola lunghezza d'onda molto stretta. In altre parole, ha un colore molto puro. Ad esempio, un laser al neon elio emette luce a una lunghezza d'onda di 632,8 nanometri, che è di colore rosso brillante. Questo è in netto contrasto con le fonti di luce a spettro ampie di cui abbiamo parlato in precedenza. Il motivo di questa monocromaticità è il modo in cui funzionano i laser. Si basano sull'emissione stimolata, in cui i fotoni vengono emessi in modo molto controllato, il tutto con la stessa energia (e quindi la stessa lunghezza d'onda).

Coerenza

Un altro aspetto importante relativo allo spettro laser è la coerenza. I laser hanno una coerenza temporale e spaziale. La coerenza temporale significa che le onde luminose sono in fase tra loro per un lungo periodo di tempo. Ciò è correlato alla larghezza di linea stretta dello spettro laser. Più monocromatico è il laser, migliore è la sua coerenza temporale. La coerenza spaziale significa che le onde luminose sono in fase attraverso l'intera sezione trasversale del raggio laser. Questo è il motivo per cui i raggi laser possono percorrere lunghe distanze senza diffondersi troppo.

Linea

La larghezza di linea di uno spettro laser è estremamente stretta. La larghezza di linea è una misura dell'intervallo di lunghezze d'onda che il laser emette. Per un tipico laser, la larghezza di linea può essere nell'ordine di pochi kilohertz a pochi megahertz, che è incredibilmente piccolo rispetto alle larghezze di linea delle fonti di luce non laser. Per misurare tali larghezze di linea strette, usiamo spesso analizzatori di spettro ad alta precisione come ilN9322c Agilent Basic Spectrum Analyzero ilN9320A Agilent RF Spectrum Analyzer, da 9 kHz a 3 GHz. Questi analizzatori possono aiutarci a misurare accuratamente lo spettro di un laser e comprendere le sue proprietà.

Applicazioni e implicazioni

Le differenze negli spettri dei laser e di altre fonti di luce hanno un impatto enorme sulle loro applicazioni.

Applicazioni laser

A causa della loro monocromaticità e coerenza, i laser sono usati in una vasta gamma di applicazioni. Nelle telecomunicazioni, i laser vengono utilizzati per trasmettere dati sui cavi in ​​fibra. Lo spettro stretto del laser consente la trasmissione di dati ad alta velocità e lunga distanza con interferenza minima. In medicina, i laser vengono utilizzati per le procedure chirurgiche, in cui la lunghezza d'onda precisa e il raggio focalizzato possono essere utilizzate per tagliare o ablamare il tessuto senza causare danni eccessivi all'area circostante. Sono anche utilizzati in stampanti laser, scanner per codici a barre e ricerca scientifica.

Applicazioni di altre fonti di luce

Le fonti di luce non laser sono utilizzate in applicazioni di illuminazione più generali. I bulbi a incandescenza sono ottimi per creare un'atmosfera calda e invitante nelle case. Le luci fluorescenti sono comunemente usate negli uffici e negli edifici commerciali perché sono efficienti. I LED sono utilizzati in tutto, dalle torce alle installazioni di illuminazione su larga scala e la loro capacità di essere sintonizzati su colori diversi li rende popolari per l'illuminazione decorativa.

Misurazione e analisi degli spettri

Come fornitore di spettro, mi occupo di tutti i tipi di analizzatori di spettro. Questi dispositivi sono essenziali per comprendere gli spettri di diverse fonti di luce. Ad esempio, ilFSP13 ROHDE & SCHWARZ Spectrum Analyzer 9 KHz - 13 GHzè uno strumento potente che può essere utilizzato per analizzare gli spettri sia dei laser che di altre fonti di luce. Può misurare accuratamente le lunghezze d'onda, le intensità e le larghezze di linea delle emissioni di luce.

Che tu sia un ricercatore che cerca di comprendere le proprietà di un nuovo laser o di un designer di illuminazione che cerca di creare l'atmosfera perfetta, avere l'analizzatore di spettro giusto è cruciale.

Conclusione

In conclusione, lo spettro di un laser è molto diverso da quello di altre fonti di luce. I laser offrono monocromaticità, coerenza e larghezze di linea estremamente strette, che li rendono ideali per una vasta gamma di applicazioni tecnologiche alte. D'altra parte, le fonti di luce non laser hanno spettri più ampi, che sono più adatti a scopi di illuminazione generale.

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Riferimenti

1. Hecht, Eugene. "Ottica". Addison - Wesley, 2002.
2. Saleh, Bahaa EA e Teich, Malvin Carl. "Fondamenti di fotonica". Wiley, 2007.