Лазер

Лазер, устройство, которое стимулирует атомы или молекулы, чтобы излучать свет на определенных длинах волн и усиливает, этот свет, и производит очень узкий пучок излучения. Излучение, как правило, охватывает чрезвычайно ограниченный диапазон видимых, инфракрасных или ультрафиолетовых волн. Много различных типов лазеров были разработаны с различными характеристиками.

Основные принципы.

Энергетические уровни и вынужденное излучение.

Лазерное излучение имеет форму по правилам квантовой механики, которые ограничивают атомы и молекулы, имеющие дискретные количества запасенной энергии, которые зависят от природы атома или молекулы. Низкий уровень энергии для отдельного атома происходит, когда его электроны находятся на ближайших возможных орбитах к ядру. Это состояние называется основным. Когда один или более электронов атома поглощают энергию, они могут перейти на внешние орбиты, и атом затем переходит в возбужденное состояние, как правило, не стабильный – «возбужден»; когда электроны выпадают из высших энергетических уровней на низшие уровни, они излучают лишнюю энергию, такую как свет.

Простейшая система, такая как аммиачный мазер, построенная Ч. Таунсом, имеет только два энергетических уровня. Более сложные лазерные системы включают три или четыре энергетических уровня.

Лазерные элементы.

Как правило, лазерные газы, содержащиеся в цилиндрических трубках, возбуждаются электрическим током или внешним источником света, который, как говорят, «накачивает» лазер. Кроме того, твердотельные лазеры могут использовать полупроводники или прозрачные кристаллы с малыми концентрациями светоизлучающих атомов.

Оптическому резонатору необходимо создать световую энергию в пучке. Резонатор образуется путем размещения пары зеркал, обращенные друг к другу таким образом, что свет, излучаемый вдоль линии между зеркалами, отражается назад и вперед. Когда инверсия создается в среде, свет отражается обратно и вперед, увеличивая интенсивность с каждым проходом через лазерной среду.

Сочетание лазерной среды и резонансных полостных форм,  часто называется просто лазер, но технически это лазерный генератор. Колебания определяют многие лазерные свойства, а это значит, что устройство генерирует свет внутри. Без зеркал и резонансной полости, лазер был бы  просто оптическим усилителем, который может усиливать свет от внешнего источника, но не генерировать луч внутри

Типы лазеров.

Кристаллы, очки, полупроводники, газы, жидкости, лучи высокой энергии электронов, и даже желатин, могут генерировать лазерные лучи. В природе, горячие газы ярких звезд, могут выделять большое вынужденное излучение сверхвысоких частот, но этим газовым облакам не хватает резонаторов, так что они не производят лучей.

Много различных газов могут функционировать в качестве лазерных сред. Общий гелий-неоновый лазер содержит небольшое количество неона и гораздо большее количество гелия. Атомы гелия захватывают энергию от электронов, проходящих через газ, и передают ее атомам неона, которые излучают свет. Самые известные гелий-неоновые лазеры излучают красный свет, но они также могут быть сделаны, чтобы излучать желтый, оранжевый, зеленый или инфракрасный свет. Атомы аргона и криптона, которые были лишены одного или двух электронов могут генерировать от милливатт до ватт лазерного света в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Самый мощный коммерческий лазерный газ является диоксид углерода, который может генерировать киловатт непрерывной мощности.

Наиболее широко используемыми лазерами на сегодняшний день являются полупроводниковые диодные лазеры, которые испускают видимый или инфракрасный свет, когда электрический ток проходит через них. Длина волны зависит от полупроводникового соединения.