Lazerlərin Nəsli

Lazerlərin Nəsli
Lazerlərin generasiyası 1916-cı ildə Eynşteyn tərəfindən "spontan və stimullaşdırılmış emissiya" nəzəriyyəsi ilə təklif edilmişdir. Bu nəzəriyyə müasir lazer sistemlərinin fiziki əsasını təşkil edir. Fotonlar və atomlar arasındakı qarşılıqlı təsir üç keçid prosesinə səbəb ola bilər: stimullaşdırılmış udma, spontan emissiya və stimullaşdırılmış emissiya. Stimullaşdırılmış emissiya davamlı və sabit olduğu müddətcə lazerlər əldə edilə bilər. Buna görə də xüsusi cihazlar - lazerlər istehsal edilməlidir. Lazerin tərkibi ümumiyyətlə üç əsas hissədən ibarətdir: işçi maddə, həyəcanlandırıcı cihaz və optik rezonator.

1. İşçi maddə

Lazerdə lazer işığı yarada bilən maddə işçi maddə adlanır. Normal şəraitdə, hər enerji səviyyəsində maddədəki atom ədədlərinin paylanması normal paylanmadır. Aşağı enerji səviyyəsindəki atomların sayı həmişə daha yüksək enerji səviyyəsindəki atomlardan çoxdur. Buna görə də, işıq lüminessent maddənin normal vəziyyətindən keçdikdə, udma prosesi dominant olur və işıq həmişə zəifləyir. İşıq lüminessent maddədən keçdikdən sonra işığın güclənməsi və işığın gücləndirilməsinə nail olmaq üçün stimullaşdırılmış emissiyanı dominant etmək lazımdır. Daha yüksək enerji səviyyəsindəki atomların sayını daha aşağı enerji səviyyəsindəki atomlardan çox etmək üçün bu paylanma normal paylanmanın əksidir və hissəcik sayının inversiyası adlanır.
2. Həyəcanlandırıcı Cihaz
Həyəcanlandırma cihazının funksiyası, aşağı enerji səviyyəsindəki atomları daha yüksək enerji səviyyəsinə həyəcanlandırmaq və işçi maddənin hissəcik sayının inversiyasına nail olmasına imkan verməkdir. Maddənin enerji səviyyələrinə əsas vəziyyət və həyəcanlanmış vəziyyət, eləcə də metastabil vəziyyət daxildir. Metastabil vəziyyət əsas vəziyyətdən daha az sabitdir, lakin həyəcanlanmış vəziyyətdən daha sabitdir. Nisbətən, atomlar daha uzun müddət metastabil vəziyyətdə qala bilər. Məsələn, yaqutdakı xrom ionları (Cr3+) 10-3 saniyəlik ömrü ilə metastabil vəziyyətə malikdir. İşçi maddə həyəcanlandıqdan və hissəcik sayının inversiyasına nail olduqdan sonra, əvvəlcə spontan şüalanma ilə yayılan fotonların fərqli yayılma istiqamətlərinə görə stimullaşdırılmış şüalanma fotonlarının da fərqli yayılma istiqamətləri olur və çıxış və udmada çoxlu itkilər olur; sabit lazer çıxışı yarana bilmir. Stimullaşdırılmış şüalanmanın işçi maddənin məhdud həcmində mövcudluğunu davam etdirməsini təmin etmək üçün işığın seçilməsinə və gücləndirilməsinə nail olmaq üçün optik rezonator lazımdır.
3. Optik Rezonator
Bu, işçi maddənin hər iki ucuna əsas oxa perpendikulyar olaraq quraşdırılmış qarşılıqlı paralel əks etdirən güzgü cütüdür. Bir ucu tam əks etdirən güzgüdür (əks etdirmə sürəti 100%), digər ucu isə qismən şəffaf və qismən əks etdirən güzgüdür (əks etdirmə sürəti 90%-dən 99%-ə qədərdir).
Rezonatorun funksiyaları aşağıdakılardır: 1) optik gücləndirmənin yaradılması və saxlanılması; 2) çıxış işığının istiqamətinin seçilməsi; 3) çıxış işığının dalğa uzunluğunun seçilməsi. Müxtəlif amillərə görə müəyyən bir işçi maddə üçün yayılan işığın faktiki dalğa uzunluğu unikal deyil və spektr müəyyən bir genişliyə malikdir. Rezonator lazerin monoxromatikliyini daha yaxşı hala gətirərək tezlik seçimi rolunu oynaya bilər.