Penjanaan Laser

Penjanaan Laser
Penjanaan laser telah dicadangkan oleh Einstein pada tahun 1916 dengan teorinya tentang "pemancaran spontan dan terangsang". Teori ini membentuk asas fizikal sistem laser moden. Interaksi antara foton dan atom boleh membawa kepada tiga proses peralihan: penyerapan terangsang, pancaran spontan dan pancaran terangsang. Selagi pancaran terangsang dapat dikekalkan dan stabil, laser boleh diperolehi. Oleh itu, peranti khas – laser – mesti dihasilkan. Komposisi laser secara amnya terdiri daripada tiga bahagian utama: bahan kerja, peranti pengujaan dan resonator optik.

1. Bahan kerja

Bahan dalam laser yang boleh menghasilkan cahaya laser dipanggil bahan kerja. Dalam keadaan biasa, taburan nombor atom dalam bahan pada setiap aras tenaga adalah taburan normal. Bilangan atom pada aras tenaga yang lebih rendah sentiasa lebih besar daripada aras tenaga yang lebih tinggi. Oleh itu, apabila cahaya melalui keadaan normal bahan pendarkilau, proses penyerapan adalah dominan, dan cahaya sentiasa menjadi lemah. Untuk menjadikan cahaya lebih kuat selepas melalui bahan pendarkilau dan mencapai penguatan cahaya, adalah perlu untuk menjadikan pancaran terangsang dominan. Untuk menjadikan bilangan atom pada aras tenaga yang lebih tinggi lebih besar daripada aras tenaga yang lebih rendah, taburan ini bertentangan dengan taburan normal dan dipanggil penyongsangan nombor zarah.
2. Peranti Pengujaan
Fungsi peranti pengujaan adalah untuk mengujakan atom dalam aras tenaga yang lebih rendah ke aras tenaga yang lebih tinggi, membolehkan bahan kerja mencapai penyongsangan nombor zarah. Aras tenaga bahan tersebut merangkumi keadaan dasar dan keadaan teruja, serta keadaan metastabil. Keadaan metastabil kurang stabil daripada keadaan dasar, tetapi jauh lebih stabil daripada keadaan teruja. Secara relatifnya, atom boleh kekal dalam keadaan metastabil untuk tempoh masa yang lebih lama. Contohnya, ion kromium (Cr3+) dalam ruby ​​mempunyai keadaan metastabil dengan jangka hayat sekitar 10-3 saat. Selepas bahan kerja teruja dan mencapai penyongsangan nombor zarah, pada mulanya, disebabkan oleh arah perambatan foton yang berbeza yang dipancarkan oleh sinaran spontan, foton sinaran yang dirangsang juga mempunyai arah perambatan yang berbeza, dan terdapat banyak kehilangan dalam output dan penyerapan; output laser yang stabil tidak dapat dijana. Untuk membolehkan sinaran yang dirangsang terus wujud dalam isipadu bahan kerja yang terhad, resonator optik diperlukan untuk mencapai pemilihan dan penguatan cahaya.
3. Resonator Optik
Ia merupakan sepasang cermin pantulan yang saling selari yang dipasang pada kedua-dua hujung bahan kerja, berserenjang dengan paksi utama. Satu hujung ialah cermin pantulan penuh (dengan kadar pantulan 100%), dan hujung yang satu lagi ialah cermin separa lutsinar dan separa pantulan (dengan kadar pantulan 90% hingga 99%).
Fungsi resonator adalah: ① menjana dan mengekalkan amplifikasi optik; ② memilih arah cahaya output; ③ memilih panjang gelombang cahaya output. Bagi bahan kerja tertentu, disebabkan oleh pelbagai faktor, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan sebenar tidak unik, dan spektrum mempunyai lebar tertentu. Resonator boleh memainkan peranan pemilihan frekuensi, menjadikan monokromatik laser lebih baik.