A xeración de láseres

A xeración de láseres
A xeración de láseres foi proposta por Einstein en 1916 coa súa teoría da "emisión espontánea e estimulada". Esta teoría constitúe a base física dos sistemas láser modernos. A interacción entre fotóns e átomos pode levar a tres procesos de transición: absorción estimulada, emisión espontánea e emisión estimulada. Sempre que a emisión estimulada sexa sostida e estable, pódense obter láseres. Polo tanto, débense fabricar dispositivos especiais (láseres). A composición dun láser xeralmente está composta por tres partes principais: a substancia de traballo, o dispositivo de excitación e o resonador óptico.

1. Substancia de traballo

A substancia dun láser que pode xerar luz láser chámase substancia de traballo. En circunstancias normais, a distribución dos números atómicos na substancia en cada nivel de enerxía é unha distribución normal. O número de átomos no nivel de enerxía máis baixo é sempre maior que o do nivel de enerxía máis alto. Polo tanto, cando a luz pasa polo estado normal da substancia luminescente, o proceso de absorción é dominante e a luz sempre se debilita. Para que a luz se fortaleza despois de pasar a través da substancia luminescente e lograr a amplificación da luz, é necesario que a emisión estimulada sexa dominante. Para que o número de átomos no nivel de enerxía máis alto sexa maior que o do nivel de enerxía máis baixo, esta distribución é oposta á distribución normal e chámase inversión do número de partículas.
2. Dispositivo de excitación
A función do dispositivo de excitación é excitar átomos nun nivel de enerxía máis baixo a un nivel de enerxía máis alto, permitindo que a substancia de traballo logre unha inversión do número de partículas. Os niveis de enerxía da substancia inclúen o estado fundamental e o estado excitado, así como un estado metaestable. O estado metaestable é menos estable que o estado fundamental, pero moito máis estable que o estado excitado. En termos relativos, os átomos poden permanecer no estado metaestable durante un período de tempo máis longo. Por exemplo, os ións de cromo (Cr3+) do rubí teñen un estado metaestable cunha vida útil da orde de 10-3 segundos. Despois de que a substancia de traballo se excita e logre a inversión do número de partículas, inicialmente, debido ás diferentes direccións de propagación dos fotóns emitidos pola radiación espontánea, os fotóns de radiación estimulada tamén teñen diferentes direccións de propagación, e hai moitas perdas na saída e na absorción; non se pode xerar unha saída láser estable. Para permitir que a radiación estimulada continúe existindo no volume limitado da substancia de traballo, necesítase un resonador óptico para lograr a selección e amplificación da luz.
3. Resonador óptico
Trátase dun par de espellos reflectantes mutuamente paralelos instalados en ambos extremos da substancia de traballo, perpendiculares ao eixe principal. Un extremo é un espello de reflexión total (cunha taxa de reflexión do 100 %) e o outro extremo é un espello parcialmente transparente e parcialmente reflectante (cunha taxa de reflexión do 90 % ao 99 %).
As funcións do resonador son: ① xerar e manter a amplificación óptica; ② seleccionar a dirección da luz de saída; ③ seleccionar a lonxitude de onda da luz de saída. Para unha substancia de traballo específica, debido a varios factores, a lonxitude de onda real da luz emitida non é única e o espectro ten unha determinada anchura. O resonador pode desempeñar un papel de selección de frecuencia, mellorando a monocromaticidade do láser.