Gjenerimi i Lazerëve

Gjenerimi i Lazerëve
Gjenerimi i lazerëve u propozua nga Ajnshtajni në vitin 1916 me teorinë e tij të "emetimit spontan dhe të stimuluar". Kjo teori formon bazën fizike të sistemeve moderne lazer. Ndërveprimi midis fotoneve dhe atomeve mund të çojë në tre procese tranzicioni: thithjen e stimuluar, emetimin spontan dhe emetimin e stimuluar. Për sa kohë që emetimi i stimuluar mund të jetë i qëndrueshëm dhe i qëndrueshëm, mund të merren lazerë. Prandaj, duhet të prodhohen pajisje të posaçme - lazerë. Përbërja e një lazeri në përgjithësi përbëhet nga tre pjesë kryesore: substanca punuese, pajisja e ngacmimit dhe rezonatori optik.

1. Substanca punuese

Substanca në një lazer që mund të gjenerojë dritë lazeri quhet substancë pune. Në rrethana normale, shpërndarja e numrave atomikë në substancë në secilin nivel energjie është një shpërndarje normale. Numri i atomeve në nivelin më të ulët të energjisë është gjithmonë më i madh se ai në nivelin më të lartë të energjisë. Prandaj, kur drita kalon nëpër gjendjen normale të substancës lumineshente, procesi i thithjes është dominues dhe drita gjithmonë dobësohet. Për ta bërë dritën të forcohet pasi kalon nëpër substancën lumineshente dhe për të arritur amplifikimin e dritës, është e nevojshme të bëhet emetimi i stimuluar dominues. Për ta bërë numrin e atomeve në nivelin më të lartë të energjisë më të madh se ai në nivelin më të ulët të energjisë, kjo shpërndarje është e kundërt me shpërndarjen normale dhe quhet përmbysje e numrit të grimcave.
2. Pajisje ngacmuese
Funksioni i pajisjes së ngacmimit është të ngacmojë atomet në një nivel më të ulët energjie në një nivel më të lartë energjie, duke i mundësuar substancës punuese të arrijë një inversion të numrit të grimcave. Nivelet e energjisë së substancës përfshijnë gjendjen themelore dhe gjendjen e ngacmuar, si dhe një gjendje metastabile. Gjendja metastabile është më pak e qëndrueshme se gjendja themelore, por shumë më e qëndrueshme se gjendja e ngacmuar. Relativisht, atomet mund të qëndrojnë në gjendjen metastabile për një periudhë më të gjatë kohore. Për shembull, jonet e kromit (Cr3+) në rubin kanë një gjendje metastabile me një jetëgjatësi të rendit prej 10-3 sekondash. Pasi substanca punuese ngacmohet dhe arrin inversionin e numrit të grimcave, fillimisht, për shkak të drejtimeve të ndryshme të përhapjes së fotoneve të emetuara nga rrezatimi spontan, fotonet e rrezatimit të stimuluar gjithashtu kanë drejtime të ndryshme përhapjeje, dhe ka shumë humbje në dalje dhe thithje; nuk mund të gjenerohet dalje e qëndrueshme lazeri. Për të mundësuar që rrezatimi i stimuluar të vazhdojë të ekzistojë në vëllimin e kufizuar të substancës punuese, nevojitet një rezonator optik për të arritur përzgjedhjen dhe amplifikimin e dritës.
3. Rezonator optik
Është një palë pasqyrash reflektuese reciprokisht paralele të instaluara në të dy skajet e substancës punuese, pingul me boshtin kryesor. Njëri skaj është një pasqyrë reflektuese totale (me një shkallë reflektimi prej 100%), dhe skaji tjetër është një pasqyrë pjesërisht transparente dhe pjesërisht reflektuese (me një shkallë reflektimi prej 90% deri në 99%).
Funksionet e rezonatorit janë: ① gjenerimi dhe mirëmbajtja e amplifikimit optik; ② zgjedhja e drejtimit të dritës dalëse; ③ zgjedhja e gjatësisë së valës së dritës dalëse. Për një substancë specifike pune, për shkak të faktorëve të ndryshëm, gjatësia e valës aktuale e dritës së emetuar nuk është unike dhe spektri ka një gjerësi të caktuar. Rezonatori mund të luajë një rol në përzgjedhjen e frekuencës, duke e bërë monokromatikitetin e lazerit më të mirë.