Как в лазере появляется второй такой же фотон
Атом может находиться в возбуждённом состоянии — например, после того, как поглотил энергию. Если мимо проходит фотон подходящей энергии, он способен спровоцировать атом испустить ещё один фотон. Это называется вынужденным излучением. Новый фотон совпадает с исходным по частоте, направлению движения и фазе — то есть колебания световых волн идут согласованно.
Важно, что лазер не просто собирает много фотонов в одном месте. Его свет рождается и усиливается так, что волны поддерживают друг друга: их гребни и впадины совпадают, поэтому интенсивность растёт.
Зеркала превращают усиление в луч
Чтобы процесс повторялся, атомы или другие частицы помещают в среду, которую называют активной: в ней достаточно возбуждённых частиц, готовых отдавать энергию свету. Два зеркала по краям заставляют фотоны проходить через эту среду снова и снова. При каждом проходе часть света порождает новые совпадающие фотоны, и свет усиливается.
Одно зеркало отражает почти весь свет, а другое пропускает небольшую его долю. Эта часть и выходит наружу как луч; остальное продолжает циркулировать внутри и стимулировать дальнейшее излучение. Так возникает узкий пучок с волнами, согласованными между собой.
Почему луч всё же расширяется
Зеркала и усиление делают свет направленным, но не могут полностью устранить его волновую природу. Любой ограниченный пучок света немного расходится: это дифракция. Чем уже пучок, тем заметнее обычно его расширение на расстоянии. Поэтому лазерный луч может долго выглядеть тонким, но его диаметр всё равно постепенно увеличивается.
