Generacija lasera

Generacija lasera
Generisanje lasera predložio je Einstein 1916. godine svojom teorijom "spontane i stimulisane emisije". Ova teorija čini fizičku osnovu modernih laserskih sistema. Interakcija između fotona i atoma može dovesti do tri prelazna procesa: stimulisane apsorpcije, spontane emisije i stimulisane emisije. Sve dok se stimulisana emisija može održati i biti stabilna, mogu se dobiti laseri. Stoga se moraju proizvoditi specijalni uređaji - laseri. Sastav lasera se uglavnom sastoji od tri glavna dijela: radne supstance, uređaja za pobudu i optičkog rezonatora.

1. Radna supstanca

Supstanca u laseru koja može generirati lasersku svjetlost naziva se radna supstanca. Pod normalnim okolnostima, raspodjela atomskih brojeva u supstanci na svakom energetskom nivou je normalna raspodjela. Broj atoma na nižem energetskom nivou je uvijek veći od broja atoma na višem energetskom nivou. Stoga, kada svjetlost prolazi kroz normalno stanje luminiscentne supstance, proces apsorpcije je dominantan, a svjetlost uvijek slabi. Da bi se svjetlost pojačala nakon prolaska kroz luminiscentnu supstancu i postiglo pojačanje svjetlosti, potrebno je da dominantna bude stimulisana emisija. Da bi broj atoma na višem energetskom nivou bio veći od broja atoma na nižem energetskom nivou, ova raspodjela je suprotna normalnoj raspodjeli i naziva se inverzija broja čestica.
2. Uređaj za pobudu
Funkcija uređaja za pobuđivanje je pobuđivanje atoma na nižem energetskom nivou na viši energetski nivo, omogućavajući radnoj supstanci da postigne inverziju broja čestica. Energetski nivoi supstance uključuju osnovno stanje i pobuđeno stanje, kao i metastabilno stanje. Metastabilno stanje je manje stabilno od osnovnog stanja, ali mnogo stabilnije od pobuđenog stanja. Relativno govoreći, atomi mogu ostati u metastabilnom stanju duži vremenski period. Na primjer, ioni hroma (Cr3+) u rubinu imaju metastabilno stanje sa životnim vijekom reda veličine 10-3 sekundi. Nakon što je radna supstanca pobuđena i postigne inverziju broja čestica, u početku, zbog različitih smjerova širenja fotona koje emituje spontano zračenje, fotoni stimulisanog zračenja također imaju različite smjerove širenja, te postoje mnogi gubici u izlazu i apsorpciji; ne može se generirati stabilan laserski izlaz. Da bi se omogućilo da stimulisano zračenje nastavi postojati u ograničenom volumenu radne supstance, potreban je optički rezonator za postizanje selekcije i pojačanja svjetlosti.
3. Optički rezonator
To je par međusobno paralelnih reflektirajućih ogledala postavljenih na oba kraja radne tvari, okomito na glavnu osu. Jedan kraj je ogledalo totalne refleksije (sa stopom refleksije od 100%), a drugi kraj je djelimično prozirno i djelimično reflektirajuće ogledalo (sa stopom refleksije od 90% do 99%).
Funkcije rezonatora su: 1. generiranje i održavanje optičkog pojačanja; 2. odabir smjera izlazne svjetlosti; 3. odabir talasne dužine izlazne svjetlosti. Za određenu radnu supstancu, zbog različitih faktora, stvarna talasna dužina emitovane svjetlosti nije jedinstvena, a spektar ima određenu širinu. Rezonator može igrati ulogu u odabiru frekvencije, poboljšavajući monohromatskost lasera.