Ang Paglikha ng mga Laser

Ang Paglikha ng mga Laser
Ang pagbuo ng mga laser ay iminungkahi ni Einstein noong 1916 kasama ang kanyang teorya ng "kusang-loob at pinasiglang emisyon". Ang teoryang ito ang bumubuo sa pisikal na batayan ng mga modernong sistema ng laser. Ang interaksyon sa pagitan ng mga photon at atomo ay maaaring humantong sa tatlong proseso ng transisyon: pinasiglang pagsipsip, kusang-loob na emisyon, at pinasiglang emisyon. Hangga't ang pinasiglang emisyon ay maaaring mapanatili at matatag, maaaring makuha ang mga laser. Samakatuwid, ang mga espesyal na aparato – mga laser – ay dapat gawin. Ang komposisyon ng isang laser ay karaniwang binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: ang gumaganang sangkap, ang aparato ng paggulo, at ang optical resonator.

1. Nagtatrabahong sangkap

Ang sangkap sa isang laser na maaaring makabuo ng liwanag ng laser ay tinatawag na gumaganang sangkap. Sa ilalim ng normal na mga pangyayari, ang distribusyon ng mga atomic number sa sangkap sa bawat antas ng enerhiya ay isang normal na distribusyon. Ang bilang ng mga atomo sa mas mababang antas ng enerhiya ay palaging mas malaki kaysa sa mas mataas na antas ng enerhiya. Samakatuwid, kapag ang liwanag ay dumaan sa normal na estado ng luminescent na sangkap, ang proseso ng pagsipsip ay nangingibabaw, at ang liwanag ay palaging humihina. Upang palakasin ang liwanag pagkatapos dumaan sa luminescent na sangkap at makamit ang pagpapalakas ng liwanag, kinakailangang gawing nangingibabaw ang stimulated emission. Upang gawing mas malaki ang bilang ng mga atomo sa mas mataas na antas ng enerhiya kaysa sa mas mababang antas ng enerhiya, ang distribusyon na ito ay kabaligtaran ng normal na distribusyon at tinatawag na particle number inversion.
2. Aparato ng Pagganyak
Ang tungkulin ng excitation device ay ang pag-excite ng mga atomo sa mas mababang antas ng enerhiya patungo sa mas mataas na antas ng enerhiya, na nagbibigay-daan sa working substance na makamit ang particle number inversion. Kasama sa mga antas ng enerhiya ng substance ang ground state at excited state, pati na rin ang metastable state. Ang metastable state ay hindi gaanong matatag kaysa sa ground state, ngunit mas matatag kaysa sa excited state. Sa relatibong pagsasalita, ang mga atomo ay maaaring manatili sa metastable state sa mas mahabang panahon. Halimbawa, ang mga chromium ion (Cr3+) sa ruby ​​ay may metastable state na may habang-buhay na nasa 10-3 segundo. Matapos ma-excite ang working substance at makamit ang particle number inversion, sa una, dahil sa iba't ibang direksyon ng paglaganap ng mga photon na inilalabas ng kusang radiation, ang mga stimulated radiation photon ay mayroon ding iba't ibang direksyon ng paglaganap, at maraming pagkawala sa output at absorption; hindi maaaring mabuo ang stable laser output. Upang patuloy na umiral ang stimulated radiation sa limitadong volume ng working substance, kinakailangan ang isang optical resonator upang makamit ang pagpili at pagpapalakas ng liwanag.
3. Optikal na Resonator
Ito ay isang pares ng magkabilang parallel na salamin na naka-install sa magkabilang dulo ng gumaganang sangkap, patayo sa pangunahing aksis. Ang isang dulo ay isang kabuuang salamin na repleksyon (na may rate ng repleksyon na 100%), at ang kabilang dulo ay isang bahagyang transparent at bahagyang repleksyon na salamin (na may rate ng repleksyon na 90% hanggang 99%).
Ang mga tungkulin ng resonator ay: ① pagbuo at pagpapanatili ng optical amplification; ② pagpili ng direksyon ng output light; ③ pagpili ng wavelength ng output light. Para sa isang partikular na gumaganang substance, dahil sa iba't ibang salik, ang aktwal na wavelength ng ibinubuga na liwanag ay hindi natatangi, at ang spectrum ay may isang tiyak na lapad. Ang resonator ay maaaring gumanap ng papel sa pagpili ng frequency, na ginagawang mas mahusay ang monochromaticity ng laser.