ლაზერების თაობა

ლაზერების თაობა
ლაზერების გენერაცია აინშტაინმა 1916 წელს შემოგვთავაზა თავისი „სპონტანური და სტიმულირებული ემისიის“ თეორიით. ეს თეორია თანამედროვე ლაზერული სისტემების ფიზიკურ საფუძველს ქმნის. ფოტონებსა და ატომებს შორის ურთიერთქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს სამი გარდამავალი პროცესი: სტიმულირებული შთანთქმა, სპონტანური ემისია და სტიმულირებული ემისია. ლაზერების მიღება შესაძლებელია იმ შემთხვევაში, თუ სტიმულირებული ემისია მდგრადი და სტაბილურია. ამიტომ, აუცილებელია სპეციალური მოწყობილობების - ლაზერების - წარმოება. ლაზერის შემადგენლობა, როგორც წესი, სამი ძირითადი ნაწილისგან შედგება: სამუშაო ნივთიერება, აგზნების მოწყობილობა და ოპტიკური რეზონატორი.

1. სამუშაო ნივთიერება

ლაზერში არსებულ ნივთიერებას, რომელსაც შეუძლია ლაზერული სინათლის გენერირება, სამუშაო ნივთიერება ეწოდება. ნორმალურ პირობებში, ნივთიერებაში ატომური რიცხვების განაწილება თითოეულ ენერგეტიკულ დონეზე ნორმალური განაწილებაა. ქვედა ენერგეტიკულ დონეზე ატომების რაოდენობა ყოველთვის მეტია, ვიდრე მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე. ამიტომ, როდესაც სინათლე გადის ლუმინესცენტური ნივთიერების ნორმალურ მდგომარეობაში, შთანთქმის პროცესი დომინანტურია და სინათლე ყოველთვის სუსტდება. იმისათვის, რომ სინათლე გაძლიერდეს ლუმინესცენტურ ნივთიერებაში გავლის შემდეგ და მიღწეულ იქნას სინათლის გამაძლიერებელი, აუცილებელია სტიმულირებული ემისიის დომინირება. იმისათვის, რომ მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე ატომების რაოდენობა გაიზარდოს ქვედა ენერგეტიკულ დონეზე ატომების რაოდენობაზე, ეს განაწილება საპირისპიროა ნორმალური განაწილებისა და მას ნაწილაკების რიცხვის ინვერსია ეწოდება.
2. აგზნების მოწყობილობა
აგზნების მოწყობილობის ფუნქციაა დაბალი ენერგეტიკული დონის ატომების აღგზნება უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონემდე, რაც სამუშაო ნივთიერებას საშუალებას აძლევს მიაღწიოს ნაწილაკების რაოდენობის ინვერსიას. ნივთიერების ენერგეტიკული დონეები მოიცავს ძირითად და აღგზნებულ მდგომარეობას, ასევე მეტასტაბილურ მდგომარეობას. მეტასტაბილური მდგომარეობა ნაკლებად სტაბილურია, ვიდრე ძირითადი მდგომარეობა, მაგრამ გაცილებით უფრო სტაბილურია, ვიდრე აღგზნებული მდგომარეობა. შედარებით რომ ვთქვათ, ატომებს შეუძლიათ მეტასტაბილურ მდგომარეობაში დარჩენა უფრო ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში. მაგალითად, ლალში ქრომის იონებს (Cr3+) აქვთ მეტასტაბილური მდგომარეობა დაახლოებით 10-3 წამის სიცოცხლის ხანგრძლივობით. სამუშაო ნივთიერების აღგზნებისა და ნაწილაკების რაოდენობის ინვერსიის მიღწევის შემდეგ, თავდაპირველად, სპონტანური გამოსხივების მიერ გამოსხივებული ფოტონების გავრცელების სხვადასხვა მიმართულების გამო, სტიმულირებული გამოსხივების ფოტონებსაც აქვთ გავრცელების განსხვავებული მიმართულება და არსებობს მრავალი დანაკარგი გამომავალ და შთანთქმის მხრივ; სტაბილური ლაზერული გამომავალი ვერ გენერირდება. იმისათვის, რომ სტიმულირებულმა გამოსხივებამ გააგრძელოს არსებობა სამუშაო ნივთიერების შეზღუდულ მოცულობაში, საჭიროა ოპტიკური რეზონატორი სინათლის შერჩევისა და გაძლიერების მისაღწევად.
3. ოპტიკური რეზონატორი
ეს არის ურთიერთპარალელური ამრეკლავი სარკეების წყვილი, რომლებიც დამონტაჟებულია სამუშაო ნივთიერების ორივე ბოლოში, მთავარი ღერძის პერპენდიკულარულად. ერთი ბოლო არის სრული ამრეკლავი სარკე (100%-იანი არეკვლის სიჩქარით), ხოლო მეორე ბოლო არის ნაწილობრივ გამჭვირვალე და ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე (90%-დან 99%-მდე არეკვლის სიჩქარით).
რეზონატორის ფუნქციებია: 1. ოპტიკური გამაძლიერებლის გენერირება და შენარჩუნება; 2. გამომავალი სინათლის მიმართულების შერჩევა; 3. გამომავალი სინათლის ტალღის სიგრძის შერჩევა. კონკრეტული სამუშაო ნივთიერებისთვის, სხვადასხვა ფაქტორების გამო, გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე უნიკალური არ არის და სპექტრს გარკვეული სიგანე აქვს. რეზონატორს შეუძლია სიხშირის შერჩევის როლი შეასრულოს, რაც ლაზერის მონოქრომატულობას აუმჯობესებს.