Пакаленне лазераў

Пакаленне лазераў
Генерацыя лазераў была прапанавана Эйнштэйнам у 1916 годзе ў яго тэорыі «спантаннага і вымушанага выпраменьвання». Гэтая тэорыя складае фізічную аснову сучасных лазерных сістэм. Узаемадзеянне паміж фатонамі і атамамі можа прывесці да трох пераходных працэсаў: вымушанага паглынання, спантаннага выпраменьвання і вымушанага выпраменьвання. Пакуль вымушанае выпраменьванне можа быць падтрымлівацца і быць стабільным, можна атрымаць лазеры. Таму неабходна вырабляць спецыяльныя прылады — лазеры. Склад лазера звычайна складаецца з трох асноўных частак: рабочага рэчыва, прылады ўзбуджэння і аптычнага рэзанатара.

1. Рабочае рэчыва

Рэчыва ў лазеры, якое можа генераваць лазернае святло, называецца рабочым рэчывам. Пры нармальных абставінах размеркаванне атамных нумароў у рэчыве на кожным энергетычным узроўні з'яўляецца нармальным. Колькасць атамаў на ніжэйшым энергетычным узроўні заўсёды большая, чым на вышэйшым энергетычным узроўні. Такім чынам, калі святло праходзіць праз нармальны стан люмінесцэнтнага рэчыва, працэс паглынання з'яўляецца дамінантным, і святло заўсёды слабее. Каб узмацніць святло пасля праходжання праз люмінесцэнтнае рэчыва і дасягнуць узмацнення святла, неабходна зрабіць вымушанае выпраменьванне дамінантным. Каб колькасць атамаў на вышэйшым энергетычным узроўні была большай, чым на ніжэйшым энергетычным узроўні, гэта размеркаванне процілегла нармальнаму размеркаванню і называецца інверсіяй колькасці часціц.
2. Прылада ўзбуджэння
Функцыя ўзбуджальнай прылады заключаецца ва ўзбуджэнні атамаў з ніжэйшага энергетычнага ўзроўню да вышэйшага, што дазваляе рабочаму рэчыву дасягнуць інверсіі колькасці часціц. Энергетычныя ўзроўні рэчыва ўключаюць асноўны і ўзбуджаны стан, а таксама метастабільны стан. Метастабільны стан менш стабільны, чым асноўны, але значна больш стабільны, чым узбуджаны. Адносна кажучы, атамы могуць заставацца ў метастабільным стане на працягу больш доўгага перыяду часу. Напрыклад, іоны хрому (Cr3+) у рубіне маюць метастабільны стан з часам жыцця парадку 10-3 секунд. Пасля таго, як рабочае рэчыва ўзбуджаецца і дасягае інверсіі колькасці часціц, спачатку, з-за розных напрамкаў распаўсюджвання фатонаў, якія выпраменьваюцца спантанным выпраменьваннем, фатоны стымуляванага выпраменьвання таксама маюць розныя напрамкі распаўсюджвання, і ёсць шмат страт у выхадзе і паглынанні; стабільны лазерны выхад не можа быць згенераваны. Каб стымуляванае выпраменьванне магло працягваць існаваць у абмежаваным аб'ёме рабочага рэчыва, неабходны аптычны рэзанатар для дасягнення селекцыі і ўзмацнення святла.
3. Аптычны рэзанатар
Гэта пара ўзаемна паралельных адбівальных люстэркаў, усталяваных на абодвух канцах рабочага рэчыва, перпендыкулярна галоўнай восі. Адзін канец — люстэрка поўнага адлюстравання (з каэфіцыентам адлюстравання 100%), а другі канец — часткова празрыстае і часткова адбівальнае люстэрка (з каэфіцыентам адлюстравання ад 90% да 99%).
Функцыі рэзанатара: 1. Стварэнне і падтрыманне аптычнага ўзмацнення; 2. Выбар кірунку выходнага святла; 3. Выбар даўжыні хвалі выходнага святла. Для канкрэтнага рабочага рэчыва з-за розных фактараў фактычная даўжыня хвалі выпраменьванага святла не з'яўляецца унікальнай, і спектр мае пэўную шырыню. Рэзанатар можа гуляць ролю выбару частаты, паляпшаючы манахраматычнасць лазера.