La Generacio de Laseroj

La Generacio de Laseroj
La generado de laseroj estis proponita de Einstein en 1916 per sia teorio pri "spontanea kaj stimulita emisio". Ĉi tiu teorio formas la fizikan bazon de modernaj lasersistemoj. La interagado inter fotonoj kaj atomoj povas konduki al tri transiraj procezoj: stimulita sorbado, spontanea emisio kaj stimulita emisio. Kondiĉe ke stimulita emisio povas esti daŭripova kaj stabila, laseroj povas esti akiritaj. Tial, specialaj aparatoj - laseroj - devas esti fabrikitaj. La konsisto de lasero ĝenerale konsistas el tri ĉefaj partoj: la laborsubstanco, la ekscita aparato kaj la optika resonatoro.

1. Laboranta substanco

La substanco en lasero, kiu povas generi laseran lumon, nomiĝas la labora substanco. Sub normalaj cirkonstancoj, la distribuo de atomnumeroj en la substanco ĉe ĉiu energinivelo estas normala distribuo. La nombro de atomoj ĉe la pli malalta energinivelo ĉiam estas pli granda ol tiu ĉe la pli alta energinivelo. Tial, kiam lumo trapasas la normalan staton de la lumineska substanco, la absorba procezo estas domina, kaj la lumo ĉiam malfortiĝas. Por plifortigi la lumon post trapaso de la lumineska substanco kaj atingi lumplifortigon, necesas igi stimulitan emision domina. Por pligrandigi la nombron de atomoj ĉe la pli alta energinivelo ol tiu ĉe la pli malalta energinivelo, ĉi tiu distribuo estas kontraŭa al la normala distribuo kaj nomiĝas partikla nombro-inversio.
2. Ekscita Aparato
La funkcio de la ekscita aparato estas eksciti atomojn en pli malalta energinivelo al pli alta energinivelo, ebligante al la laboranta substanco atingi partiklan nombro-inversion. La energiniveloj de la substanco inkluzivas la bazstaton kaj la ekscititan staton, same kiel metastabilan staton. La metastabila stato estas malpli stabila ol la bazstato, sed multe pli stabila ol la ekscitita stato. Relative parolante, atomoj povas resti en la metastabila stato dum pli longa tempodaŭro. Ekzemple, la kromaj jonoj (Cr3+) en rubeno havas metastabilan staton kun vivdaŭro de la ordo de 10⁻³ sekundoj. Post kiam la laboranta substanco estas ekscitita kaj atingas partiklan nombro-inversion, komence, pro la malsamaj disvastiĝaj direktoj de la fotonoj elsenditaj de spontanea radiado, la stimulitaj radiadaj fotonoj ankaŭ havas malsamajn disvastiĝajn direktojn, kaj estas multaj perdoj en eligo kaj absorbo; stabila lasera eligo ne povas esti generita. Por ebligi al la stimulita radiado daŭre ekzisti en la limigita volumeno de la laboranta substanco, optika resonatoro estas necesa por atingi la selektadon kaj amplifikadon de lumo.
3. Optika Resonatoro
Ĝi estas paro da reciproke paralelaj reflektaj speguloj instalitaj ĉe ambaŭ finoj de la laboranta substanco, perpendikularaj al la ĉefa akso. Unu fino estas tute reflekta spegulo (kun reflekta indico de 100%), kaj la alia fino estas parte travidebla kaj parte reflekta spegulo (kun reflekta indico de 90% ĝis 99%).
La funkcioj de la resonilo estas: ① generi kaj konservi optikan plifortigon; ② elekti la direkton de la elira lumo; ③ elekti la ondolongon de la elira lumo. Por specifa laboranta substanco, pro diversaj faktoroj, la efektiva ondolongo de la elsendita lumo ne estas unika, kaj la spektro havas certan larĝon. La resonilo povas ludi rolon en frekvenca elekto, plibonigante la monokromatecon de la lasero.