Лазер (англ. laser, сокр. от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – «усиление света посредством вынужденного излучения»), оптический квантовый генератор – устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Существуют лазеры с длинами волн от ультрафиолетовых до инфракрасных, а мощность лазеров может варьироваться от нескольких долей милливатта для медицинских применений до киловатт – для лазеров, применяемых в промышленности.

Устройство лазера

Лазер состоит из источника энергии (механизм «накачки), активной среды и системы зеркал (резонатора).

Источником энергии может быть электрический разрядник, импульсная или дуговая лампа, другой лазер, химическая реакция и т.д.

Активной средой может быть газ (углекислый, аргон, криптон) или смесь газов (гелий-неон или ксенон хлор), жидкость (краситель), пары металла (медь, золото), твёрдые тела (кристаллы, стекло), полупроводники и др.

С практической точки зрения лазер – это источник света, который испускает узкий пучок света. Этот пучок света имеет определенную длину волны и распространяется с маленькой расходимостью.

Внутри лазера энергия возбуждает «активную среду», которая излучает энергию в виде света.

Активная среда содержит большее количество атомов в возбужденном состоянии, чем атомов с более низким уровнем энергии. Световая волна формируется, когда атом из «возбужденного» состояния, где он содержит определенное количество энергии, переходит в другое состояние с меньшим количеством энергии. Различие в энергии между двумя уровнями соответствует энергии испускаемой волны.

Гигантское количество атомов излучают согласованно, в результате возникает внутренне упорядоченный световой поток. Это есть когерентный свет.

Излучённая активной средой световая волна с определённой энергией отражается от зеркал (резонатор) и опять возвращается в активную среду снова возбуждая всё новые атомы. Этот продолжающийся процесс и световой пучок становится сильнее и сильнее. Волна может отражаться многократно до момента выхода наружу. Обычно используется частично прозрачное зеркало с одной из сторон, чтобы обеспечить выход требуемой части лазерного луча.

Оптический резонатор, простейшей формой которого являются два параллельных зеркала, находится вокруг рабочего тела лазера.

В более сложных лазерах применяются четыре и более зеркал, образующих резонаторов.

Физические основы работы лазера

Спонтанные и вынужденные переходы.

Согласно классическим представлениям, испускание и поглощение электромагнитного излучения количественно связывается с замедлением и ускорением электрические зарядов. Например, процесс спонтанного испускания сопровождается постепенным расходом начальной энергии осциллятора на излучение в течение некоторого промежутка времени, количественной характеристикой которого служит так называемое время жизни t. В результате излучаемая мощность уменьшается со временем по экспоненте и рассеивается в пространстве в форме сферических волн.

В квантовой теории имеют дело со стационарными состояниями, а элементарные акты поглощения и испускания предполагаются происходящими мгновенно. ............