Лазерын үе

Лазерын үе
Лазер үүсгэхийг Эйнштейн 1916 онд "өөрөө аяндаа болон өдөөгдсөн цацраг" гэсэн онолоороо санал болгосон. Энэхүү онол нь орчин үеийн лазер системийн физик үндэс суурийг бүрдүүлдэг. Фотон ба атомуудын харилцан үйлчлэл нь өдөөгдсөн шингээлт, өөрөө аяндаа ялгарах, өдөөгдсөн цацраг гэсэн гурван шилжилтийн процесст хүргэж болзошгүй. Өдөөгдсөн цацраг тогтвортой, тогтвортой байж чадвал лазеруудыг гаргаж авах боломжтой. Тиймээс тусгай төхөөрөмж болох лазеруудыг үйлдвэрлэх шаардлагатай. Лазерын найрлага нь ерөнхийдөө гурван үндсэн хэсгээс бүрдэнэ: ажлын бодис, өдөөх төхөөрөмж, оптик резонатор.

1. Ажлын бодис

Лазерын гэрэл үүсгэж чаддаг бодисыг ажлын бодис гэж нэрлэдэг. Хэвийн нөхцөлд энергийн түвшин бүрт бодисын атомын тооны тархалт хэвийн тархалттай байдаг. Доод энергийн түвшин дэх атомын тоо нь дээд энергийн түвшингээс үргэлж их байдаг. Тиймээс гэрэлтдэг бодисын хэвийн төлөвөөр дамжин өнгөрөхөд шингээлтийн процесс давамгайлж, гэрэл үргэлж сулардаг. Гэрэлтдэг бодисоор дамжин өнгөрсний дараа гэрлийг бэхжүүлж, гэрлийн олшруулалтад хүрэхийн тулд өдөөгдсөн ялгаралтыг давамгайлах шаардлагатай. Өндөр энергийн түвшин дэх атомын тоог доод энергийн түвшингээс их болгохын тулд энэ тархалт нь хэвийн тархалтын эсрэг бөгөөд бөөмийн тооны урвуу гэж нэрлэдэг.
2. Өдөөлтийн төхөөрөмж
Өдөөлтийн төхөөрөмжийн үүрэг нь бага энергийн түвшинд байгаа атомуудыг өндөр энергийн түвшинд өдөөх бөгөөд ингэснээр ажлын бодис бөөмийн тооны урвуу байдалд хүрэх боломжтой болно. Бодисын энергийн түвшинд үндсэн төлөв болон өдөөгдсөн төлөв, мөн мета тогтвортой төлөв орно. Мета тогтвортой төлөв нь үндсэн төлөвөөс бага тогтвортой боловч өдөөгдсөн төлөвөөс хамаагүй илүү тогтвортой байдаг. Харьцангуйгаар атомууд мета тогтвортой төлөвт удаан хугацаагаар үлдэж чаддаг. Жишээлбэл, бадмаараг дахь хромын ионууд (Cr3+) нь 10-3 секундын хугацаатай мета тогтвортой төлөвтэй байдаг. Ажлын бодис өдөөгдөж, бөөмийн тооны урвуу байдалд хүрсний дараа, анхандаа аяндаа үүссэн цацраг туяагаар ялгардаг фотонуудын тархалтын чиглэл өөр өөр байдгаас болж өдөөгдсөн цацрагийн фотонууд мөн өөр өөр тархалтын чиглэлтэй байдаг бөгөөд гаралт болон шингээлтийн алдагдал их байдаг; тогтвортой лазер гаралт үүсгэх боломжгүй. Өдөөгдсөн цацрагийг ажлын бодисын хязгаарлагдмал эзэлхүүн дотор үргэлжлүүлэн оршин тогтнохын тулд гэрлийг сонгох, олшруулахын тулд оптик резонатор хэрэгтэй.
3. Оптик резонатор
Энэ нь ажлын бодисын хоёр үзүүрт, гол тэнхлэгтэй перпендикуляр байрлуулсан, харилцан зэрэгцээ хос тусгал толь юм. Нэг үзүүр нь бүрэн тусгал толь (ойлтын хурд 100%), нөгөө үзүүр нь хагас тунгалаг, хагас тусгал толь (ойлтын хурд 90%-99%) юм.
Резонаторын үүрэг нь: 1. Оптик өсгөлтийг бий болгох, хадгалах; 2. Гаралтын гэрлийн чиглэлийг сонгох; 3. Гаралтын гэрлийн долгионы уртыг сонгох. Тодорхой ажлын бодисын хувьд янз бүрийн хүчин зүйлээс шалтгаалан ялгарч буй гэрлийн бодит долгионы урт нь өвөрмөц биш бөгөөд спектр нь тодорхой өргөнтэй байдаг. Резонатор нь давтамж сонгох үүрэг гүйцэтгэж, лазерын монохромат чанарыг сайжруулж чаддаг.