D'Generatioun vu Laseren

D'Generatioun vu Laseren
D'Generatioun vu Laseren gouf vum Einstein am Joer 1916 mat senger Theorie vun der "spontaner a stimuléierter Emissioun" virgeschloen. Dës Theorie bildt déi physikalesch Basis vu moderne Lasersystemer. D'Interaktioun tëscht Photonen an Atomer kann zu dräi Iwwergangsprozesser féieren: stimuléiert Absorptioun, spontan Emissioun a stimuléiert Emissioun. Soulaang déi stimuléiert Emissioun erhale bleift a stabil ass, kënne Laseren hiergestallt ginn. Dofir mussen speziell Apparater - Laseren - hiergestallt ginn. D'Zesummesetzung vun engem Laser besteet am Allgemengen aus dräi Haaptdeeler: der Aarbechtssubstanz, dem Anregungsapparat an dem optesche Resonator.

1. Aarbechtssubstanz

Déi Substanz an engem Laser, déi Laserliicht generéiere kann, gëtt Aarbechtssubstanz genannt. Ënner normalen Ëmstänn ass d'Verdeelung vun den Atomzuelen an der Substanz op all Energieniveau eng Normalverdeelung. D'Zuel vun den Atomer um ënneschten Energieniveau ass ëmmer méi grouss wéi déi um héijen Energieniveau. Dofir, wann d'Liicht duerch den normalen Zoustand vun der lumineszenter Substanz geet, ass den Absorptiounsprozess dominant, an d'Liicht gëtt ëmmer méi schwaach. Fir d'Liicht no der Duerchgank duerch déi lumineszent Substanz ze verstäerken an d'Liichtverstäerkung z'erreechen, ass et néideg, d'stimuléiert Emissioun dominant ze maachen. Fir d'Zuel vun den Atomer um héijen Energieniveau méi grouss ze maachen wéi déi um ënneschten Energieniveau, ass dës Verdeelung géint d'Normalverdeelung a gëtt Partikelzuelinversioun genannt.
2. Anregungsgerät
D'Funktioun vum Anregungsapparat ass et, Atomer an engem méi niddregen Energieniveau op en méi héicht Energieniveau unzeréieren, wouduerch d'Aarbechtssubstanz eng Partikelzuelinversioun erreecht ka ginn. D'Energieniveauen vun der Substanz enthalen den Grondzoustand an den ugereegten Zoustand, souwéi e metastabilen Zoustand. De metastabilen Zoustand ass manner stabil wéi de Grondzoustand, awer vill méi stabil wéi den ugereegten Zoustand. Relativ gesinn kënnen Atomer fir eng méi laang Zäit am metastabilen Zoustand bleiwen. Zum Beispill hunn d'Chromionen (Cr3+) am Rubin e metastabilen Zoustand mat enger Liewensdauer vun der Gréisstenuerdnung vun 10-3 Sekonnen. Nodeems d'Aarbechtssubstanz ugereegt ass an eng Partikelzuelinversioun erreecht huet, hunn ufanks, wéinst den ënnerschiddleche Verbreedungsrichtungen vun de Photonen, déi duerch spontan Stralung emittéiert ginn, déi stimuléiert Stralungsphotonen och ënnerschiddlech Verbreedungsrichtungen, an et gëtt vill Verloschter bei der Ausgab an der Absorptioun; e stabile Laserausgab kann net generéiert ginn. Fir datt déi stimuléiert Stralung am limitéierte Volumen vun der Aarbechtssubstanz weider existéiere kann, ass en optesche Resonator néideg fir d'Selektioun an d'Verstäerkung vum Liicht z'erreechen.
3. Optesche Resonator
Et ass e Puer géigesäiteg parallel Reflektéierspigelen, déi op béide Säite vun der Aarbechtssubstanz installéiert sinn, senkrecht zur Haaptachs. Een Enn ass e Totalreflexiounsspigel (mat enger Reflexiounsquote vun 100%), an dat anert Enn ass e partiell transparenten an partiell reflektéierende Spigel (mat enger Reflexiounsquote vun 90% bis 99%).
D'Funktioune vum Resonator sinn: ① d'optesch Verstärkung generéieren an ënnerhalen; ② d'Richtung vum Ausgangsliicht auswielen; ③ d'Wellenlängt vum Ausgangsliicht auswielen. Fir eng spezifesch Aarbechtssubstanz ass déi tatsächlech emittéiert Liichtwellenlängt wéinst verschiddene Faktoren net eenzegaarteg, an de Spektrum huet eng gewësse Breet. De Resonator kann eng Roll bei der Frequenzauswiel spillen, wouduerch d'Monochromatizitéit vum Laser verbessert gëtt.