Генерацијата на ласери

Генерацијата на ласери
Генерирањето на ласери го предложил Ајнштајн во 1916 година со неговата теорија за „спонтана и стимулирана емисија“. Оваа теорија ја формира физичката основа на современите ласерски системи. Интеракцијата помеѓу фотоните и атомите може да доведе до три процеси на транзиција: стимулирана апсорпција, спонтана емисија и стимулирана емисија. Доколку стимулираната емисија може да биде одржлива и стабилна, може да се добијат ласери. Затоа, мора да се произведуваат специјални уреди - ласери. Составот на ласерот генерално е составен од три главни делови: работната супстанција, уредот за побудување и оптичкиот резонатор.

1. Работна супстанца

Супстанцата во ласерот што може да генерира ласерска светлина се нарекува работна супстанца. Под нормални околности, распределбата на атомските броеви во супстанцата на секое енергетско ниво е нормална распределба. Бројот на атоми на пониското енергетско ниво е секогаш поголем од оној на повисокото енергетско ниво. Затоа, кога светлината поминува низ нормалната состојба на луминисцентната супстанца, процесот на апсорпција е доминантен, а светлината секогаш слабее. За да се зајакне светлината по минување низ луминисцентната супстанца и да се постигне засилување на светлината, потребно е да се направи стимулираната емисија доминантна. За да се направи бројот на атоми на повисоко енергетско ниво поголем од оној на пониско енергетско ниво, оваа распределба е спротивна на нормалната распределба и се нарекува инверзија на бројот на честички.
2. Уред за возбудување
Функцијата на уредот за возбудување е да ги возбуди атомите на пониско енергетско ниво до повисоко енергетско ниво, овозможувајќи ѝ на работната супстанца да постигне инверзија на бројот на честички. Енергетските нивоа на супстанцата ја вклучуваат основната состојба и возбудената состојба, како и метастабилна состојба. Метастабилната состојба е помалку стабилна од основната состојба, но многу постабилна од возбудената состојба. Релативно кажано, атомите можат да останат во метастабилна состојба подолг временски период. На пример, јоните на хром (Cr3+) во рубинот имаат метастабилна состојба со животен век од редот на 10-3 секунди. Откако работната супстанца е возбудена и постигнува инверзија на бројот на честички, првично, поради различните насоки на ширење на фотоните емитирани од спонтаното зрачење, стимулираните фотони на зрачење исто така имаат различни насоки на ширење, и има многу загуби во излезот и апсорпцијата; не може да се генерира стабилен ласерски излез. За да се овозможи стимулираното зрачење да продолжи да постои во ограничениот волумен на работната супстанца, потребен е оптички резонатор за да се постигне селекција и засилување на светлината.
3. Оптички резонатор
Тоа е пар меѓусебно паралелни рефлектирачки огледала инсталирани на двата краја од работната супстанца, нормално на главната оска. Едниот крај е огледало за целосно рефлектирање (со стапка на рефлектирање од 100%), а другиот крај е делумно проѕирно и делумно рефлектирачки огледало (со стапка на рефлектирање од 90% до 99%).
Функциите на резонаторот се: ① генерирање и одржување на оптичко засилување; ② избор на насоката на излезната светлина; ③ избор на брановата должина на излезната светлина. За одредена работна супстанца, поради различни фактори, вистинската бранова должина на емитираната светлина не е единствена, а спектарот има одредена ширина. Резонаторот може да игра улога во изборот на фреквенција, со што се подобрува монохроматичноста на ласерот.