Генерација ласера

Генерација ласера
Генерацију ласера ​​предложио је Ајнштајн 1916. године својом теоријом „спонтане и стимулисане емисије“. Ова теорија чини физичку основу модерних ласерских система. Интеракција између фотона и атома може довести до три прелазна процеса: стимулисане апсорпције, спонтане емисије и стимулисане емисије. Све док стимулисана емисија може бити одржива и стабилна, могу се добити ласери. Стога се морају производити посебни уређаји – ласери. Састав ласера ​​се генерално састоји од три главна дела: радне супстанце, побудног уређаја и оптичког резонатора.

1. Радна супстанца

Супстанца у ласеру која може да генерише ласерску светлост назива се радна супстанца. Под нормалним околностима, расподела атомских бројева у супстанци на сваком енергетском нивоу је нормална расподела. Број атома на нижем енергетском нивоу је увек већи него на вишем енергетском нивоу. Стога, када светлост пролази кроз нормално стање луминесцентне супстанце, процес апсорпције је доминантан, а светлост увек слаби. Да би се светлост појачала након проласка кроз луминесцентну супстанцу и постигло појачање светлости, неопходно је да стимулисана емисија буде доминантна. Да би број атома на вишем енергетском нивоу био већи него на нижем енергетском нивоу, ова расподела је супротна нормалној расподели и назива се инверзија броја честица.
2. Уређај за побуђивање
Функција уређаја за побуђивање је да побуди атоме са нижег енергетског нивоа на виши енергетски ниво, омогућавајући радној супстанци да постигне инверзију броја честица. Енергетски нивои супстанце укључују основно стање и побуђено стање, као и метастабилно стање. Метастабилно стање је мање стабилно од основног стања, али много стабилније од побуђеног стања. Релативно говорећи, атоми могу остати у метастабилном стању дуже време. На пример, јони хрома (Cr3+) у рубину имају метастабилно стање са животним веком реда величине 10-3 секунди. Након што је радна супстанца побуђена и постигне инверзију броја честица, у почетку, због различитих праваца простирања фотона које емитује спонтано зрачење, фотони стимулисаног зрачења такође имају различите правце простирања, и постоје многи губици у излазу и апсорпцији; не може се генерисати стабилан ласерски излаз. Да би се омогућило да стимулисано зрачење настави да постоји у ограниченој запремини радне супстанце, потребан је оптички резонатор да би се постигла селекција и појачавање светлости.
3. Оптички резонатор
То је пар међусобно паралелних рефлектујућих огледала постављених на оба краја радне материје, нормално на главну осу. Један крај је огледало потпуног рефлекса (са стопом рефлексије од 100%), а други крај је делимично провидно и делимично рефлектујуће огледало (са стопом рефлексије од 90% до 99%).
Функције резонатора су: ① генерисање и одржавање оптичког појачања; ② избор правца излазне светлости; ③ избор таласне дужине излазне светлости. За одређену радну супстанцу, због различитих фактора, стварна таласна дужина емитоване светлости није јединствена, а спектар има одређену ширину. Резонатор може играти улогу селекције фреквенције, побољшавајући монохроматскост ласера.