Fotonstrålen

Fotonstrålen är en riktad ström av fotoner, kvanta av ljus. Fotoner saknar vilomassa och färdas i vakuum med ljusets hastighet. Varje fotons energi är proportionell mot frekvensen (E = hf) eller, därmed, invers med våglängden (E = hc/λ). En fotonstråle kan vara monokromatisk och koherent, som i en laser, eller bredbandig och inkohärent, som strålningen från en glödlampa eller en synkrotronkälla. Egenskaper som definierar en fotonstråle inkluderar våglängden eller energin, intensiteten, koherensen, polarisationen och divergensen.

Fotonstrålar genereras av olika källor. Lasersystem producerar nästan monoenergetiska, koherenta fotoner genom stimulerad emission i ett optiskt gain medium. Synkrotronljus uppstår när högenergipartiklar accelereras och avger strålning med mycket hög intensitet över ett brett spektrum. Andra källor inkluderar röntgenrör och ljuskällor som producerar bredbandig strålning. Valet av källa bestämmer spektrumet, koherensen och hur strålen kan fokuseras.

Användningar av fotonstrålar är omfattande inom forskning och industri. Inom grundforskning används de i spektroskopi och fotonik, och inom tekniska processer används de i fotolitografi för att skapa mönster i halvledare. Inom medicin används högenergifotoner i radioterapi och diagnostik, medan enstaka fotoner underlättar experiment i kvantkommunikation och kvantsammanbindning. Detektion och mätning sker med fotodioder, fotomultiplikatorer, kameror och spektrometrar, för att analysera intensitet, spektrum, koherens och polarisation.

Säkerhet och reglering är viktigt eftersom vissa fotonstrålar är ioniserande, särskilt i ultraviolett och högenergifotoner som röntgenstrålar. Skyddsåtgärder inkluderar avskärmning, skyddsutrustning och övervakning.