Բոլոր նյութերը, որոնց համար կարելի է ապահովել պոպուլյացիայի ինվերսիա, կարող են օգտագործվել որպես լազերային միջավայր: Դա հնարավոր է հետևյալ նյութերով.

ա) ազատ ատոմներ, իոններ, մոլեկուլներ, մոլեկուլների իոններ գազերում կամ գոլորշիներում.

բ) հեղուկների մեջ լուծված ներկերի մոլեկուլները.

գ) ատոմներ, ներկառուցված իոններ ամուր;

դ) դոպինգով կիսահաղորդիչներ.

ե) ազատ էլեկտրոններ.

Լազերային ճառագայթում առաջացնելու ունակ մեդիաների և լազերային անցումների թիվը շատ մեծ է: Միայն նեոնային տարրում նկատվում են մոտ 200 տարբեր լազերային անցումներ։ Ըստ լազերային ակտիվ միջավայրի տեսակի՝ առանձնանում են գազային, հեղուկ, կիսահաղորդչային և պինդ լազերները։ Որպես հետաքրքրություն, հարկ է նշել, որ մարդու շունչը, որը բաղկացած է ածխաթթու գազից, ազոտից և ջրային գոլորշուց, հարմար ակտիվ միջավայր է թույլ CO 2 լազերի համար, և ջինի որոշ տեսակներ արդեն իսկ առաջացրել են լազերային ճառագայթում, քանի որ դրանք պարունակում են բավարար քանակությամբ: կապույտ ֆլուորեսցենտով քինինի քանակը:

Լազերային գեներացման գծերը հայտնի են սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն շրջանից (100 նմ) ​​մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում գտնվող միլիմետր ալիքի երկարություններ: Լազերները սահուն անցնում են մասերների: Ինտենսիվ հետազոտություններ են իրականացվում ռենտգենյան ալիքների տիրույթում գտնվող լազերների ոլորտում (նկ. 16), սակայն լազերների միայն երկու-երեք տասնյակ տեսակներ են ձեռք բերել գործնական նշանակություն։ CO 2 լազերները, արգոն և կրիպտոնի իոնային լազերները, CW և իմպուլսային Nd:YAG լազերները, CW և իմպուլսային ներկերի լազերը, He-Ne լազերը և GaAs լազերը այժմ գտել են ամենալայն բժշկական կիրառումը: Էքսիմերային լազերներ, Nd:YAG լազերները հաճախականության կրկնապատկմամբ, Er:YAG լազերները և մետաղական գոլորշի լազերները նույնպես ավելի ու ավելի են օգտագործվում բժշկության մեջ։

Բրինձ. 16. Բժշկության մեջ առավել հաճախ օգտագործվող լազերների տեսակները.

Բացի այդ, լազերային ակտիվ լրատվամիջոցները կարող են տարբերվել նրանով, թե արդյոք նրանք ձևավորում են դիսկրետ լազերային գծեր, այսինքն. միայն ալիքների երկարությունների շատ նեղ որոշակի միջակայքում, կամ անընդհատ ճառագայթում են ալիքների երկարությունների լայն տիրույթում: Ազատ ատոմները և իոնները իրենց լավ սահմանված էներգիայի մակարդակների շնորհիվ ունեն դիսկրետ լազերային գծեր: Շատ պինդ վիճակի լազերներ արձակում են նաև դիսկրետ գծերի վրա (ռուբին լազերներ, Nd:YAG լազերներ): Այնուամենայնիվ, մշակվել են նաև պինդ վիճակի լազերներ (գունակենտրոն լազերներ, ալեքսանդրիտ, ադամանդե լազերներ), որոնց ճառագայթման ալիքի երկարությունները կարող են շարունակաբար տարբեր լինել մեծ սպեկտրային տարածքում: Սա հատկապես վերաբերում է ներկող լազերներին, որոնցում այս տեխնիկան մեծապես առաջադիմել է: Կիսահաղորդիչների էներգիայի մակարդակների ժապավենային կառուցվածքի պատճառով կիսահաղորդչային լազերները նույնպես չունեն հստակ լազերային արտադրության գծեր:

Մեր ժամանակներում դժվար է գտնել մարդ, ով երբեք չի լսի այդ բառը «լազերային», սակայն, շատ քչերը հստակ հասկանում են, թե դա ինչ է։

Լազերների գյուտից կես դար տարբեր տեսակներկիրառություն գտավ մի շարք ոլորտներում՝ բժշկությունից մինչև թվային տեխնոլոգիա: Այսպիսով, ի՞նչ է լազերը, ո՞րն է դրա գործողության սկզբունքը և ինչի՞ համար է այն:

Ի՞նչ է լազերը:

Լազերների գոյության հավանականությունը կանխատեսել էր Ալբերտ Էյնշտեյնը, ով դեռ 1917 թվականին հրապարակեց մի հոդված, որտեղ խոսվում էր որոշակի երկարության լույսի քվանտա արձակող էլեկտրոնների հնարավորության մասին։ Այս երեւույթը կոչվում էր խթանված արտանետում, սակայն երկար ժամանակ այն համարվում էր անիրագործելի տեխնիկական տեսանկյունից։

Սակայն տեխնիկական և տեխնոլոգիական հնարավորությունների զարգացման հետ մեկտեղ լազերի ստեղծումը դարձել է ժամանակի խնդիր։ 1954 թվականին խորհրդային գիտնականներ Ն.Բասովը և Ա.Պրոխորովը ստացան Նոբելյան մրցանակ՝ ամոնիակով աշխատող առաջին միկրոալիքային գեներատորի՝ մասերի ստեղծման համար։ Իսկ 1960 թվականին ամերիկացի T. Maiman-ը արտադրեց օպտիկական ճառագայթների առաջին քվանտային գեներատորը, որը նա անվանեց լազեր (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): Սարքը էներգիան վերածում է նեղ ուղղության օպտիկական ճառագայթման, այսինքն. լույսի ճառագայթ, բարձր կոնցենտրացիայի լույսի քվանտների (ֆոտոնների) հոսք։

Լազերի շահագործման սկզբունքը

Երևույթը, որի վրա հիմնված է լազերի աշխատանքը, կոչվում է միջավայրի խթանված կամ ինդուկտիվ ճառագայթում։ Որոշակի նյութի ատոմները կարող են ֆոտոններ արձակել այլ ֆոտոնների ազդեցությամբ, մինչդեռ գործող ֆոտոնի էներգիան պետք է հավասար լինի ատոմի էներգիայի մակարդակների տարբերությանը ճառագայթումից առաջ և հետո:

Արտանետվող ֆոտոնը համահունչ է նրան, որն առաջացրել է արտանետումը, այսինքն. ճիշտ այնպես, ինչպես առաջին ֆոտոնը: Արդյունքում, միջավայրում թույլ լույսի հոսքը ուժեղանում է, և ոչ թե պատահական, այլ մեկում տրված ուղղություն. Ձևավորվում է գրգռված ճառագայթման ճառագայթ, որը կոչվում է լազեր։

Լազերների դասակարգում

Երբ ուսումնասիրվեցին լազերների բնույթն ու հատկությունները, հայտնաբերվեցին այդ ճառագայթների տարբեր տեսակներ: Ըստ նախնական նյութի վիճակի՝ լազերները կարող են լինել.

• գազ;
• հեղուկ;
• ամուր վիճակ;
• ազատ էլեկտրոնների վրա։

Ներկայումս լազերային ճառագայթ ստանալու համար մշակվել են մի քանի մեթոդներ.

• էլեկտրական փայլի կամ աղեղի արտանետման օգնությամբ գազային միջավայրում - գազի արտանետում;
• տաք գազի ընդլայնմամբ և բնակչության ինվերսիաների ստեղծմամբ՝ գազի դինամիկ;
• կիսահաղորդչի միջով հոսանք անցնելով միջավայրի գրգռմամբ՝ դիոդ կամ ներարկում.
• միջավայրը օպտիկական մղելով ֆլեշ լամպով, LED-ով, մեկ այլ լազերով և այլն;
• միջավայրի էլեկտրոնային ճառագայթով պոմպով;
• միջուկային պոմպը ճառագայթում ստանալուց հետո միջուկային ռեակտոր;
• օգտագործելով հատուկ քիմիական ռեակցիաներ՝ քիմիական լազերներ։

Նրանք բոլորն ունեն իրենց առանձնահատկությունները և տարբերությունները, որոնց շնորհիվ դրանք օգտագործվում են տարբեր ոլորտներԱրդյունաբերություն.

Լազերների գործնական կիրառում

Մինչ օրս տարբեր տեսակի լազերներ օգտագործվում են տասնյակ ոլորտներում, բժշկության, ՏՏ տեխնոլոգիաների և գործունեության այլ ոլորտներում։ Դրանք օգտագործվում են.

• մետաղների, պլաստմասսաների, այլ նյութերի կտրում և եռակցում;
• նկարներ, մակագրություններ և ապրանքների մակերեսի նշում;
• գերբարակ անցքերի հորատում, կիսահաղորդչային բյուրեղային մասերի ճշգրիտ մշակում;
• արտադրանքի ծածկույթների ձևավորում ցողման, մակերևույթի, մակերևույթի համաձուլման և այլնի միջոցով;
• ապակեպլաստե օգտագործմամբ տեղեկատվական փաթեթների փոխանցում;
• վիրաբուժական վիրահատությունների և այլ թերապևտիկ ազդեցությունների կատարում.
• կոսմետիկ ընթացակարգեր մաշկի երիտասարդացման, թերի գոյացությունների հեռացման և այլնի համար;
• թիրախավորում տարբեր տեսակներզենքեր՝ փոքր զենքերից մինչև հրթիռային զենքեր;
• հոլոգրաֆիկ մեթոդների ստեղծում և օգտագործում;
• կիրառում տարբեր հետազոտական ​​նախագծերում;
• հեռավորությունների, կոորդինատների, աշխատանքային միջավայրի խտության, հոսքի արագության և շատ այլ պարամետրերի չափում.
• տարբեր տեխնոլոգիական գործընթացների իրականացման համար քիմիական ռեակցիաների մեկնարկը:

Կան շատ ավելի շատ ոլորտներ, որտեղ լազերներն արդեն օգտագործվում են կամ կիրառություն կգտնեն շատ մոտ ապագայում:

Առանց չափազանցության, լազերը կարելի է անվանել 20-րդ դարի ամենակարեւոր հայտնագործություններից մեկը։

Ինչ է լազերային

խոսում պարզ բառերով,լազերային - Սա մի սարք է, որը ստեղծում է հզոր նեղ լույսի ճառագայթ: Անունը «լազեր» ( լազերային) կազմվում է կազմող բառերի առաջին տառերն ավելացնելով Անգլերեն արտահայտություն լ գիշեր աուժեղացում կողմից սմոդելավորված եառաքելությունը -ից rճառագայթում, ինչը նշանակում է «Լույսի ուժեղացում խթանված արտանետմամբ»: Լազերը ստեղծում է այնպիսի հզորության լույսի ճառագայթներ, որ նրանք կարողանում են անցքեր այրել նույնիսկ շատ դիմացկուն նյութերի մեջ՝ դրա վրա ծախսելով վայրկյանի միայն մի մասը։

Սովորական լույսը ցրվում է աղբյուրից տարբեր ուղղություններով: Այն փնջի մեջ հավաքելու համար օգտագործվում են տարբեր օպտիկական ոսպնյակներ կամ գոգավոր հայելիներ։ Եվ չնայած նման լույսի ճառագայթը կարող է նույնիսկ կրակ վառել, այնէներգիան չի կարող համեմատվել լազերային ճառագայթի էներգիայի հետ։

Լազերի շահագործման սկզբունքը

IN ֆիզիկական հիմքլազերային աշխատանք սուտ երեւույթ հարկադրված, կամ առաջացած, ճառագայթում . Ո՞րն է դրա էությունը: Ո՞ր ճառագայթումն է կոչվում գրգռված:

Կայուն վիճակում նյութի ատոմն ունի ամենացածր էներգիան։ Նման պետություն համարվում է հիմնական , և բոլոր մյուս պետությունները հուզված . Եթե ​​համեմատենք այս վիճակների էներգիան, ապա գրգռված վիճակում այն ​​չափից ավելի է հիմնական վիճակի համեմատ։ Երբ ատոմը գրգռված վիճակից անցնում է կայուն վիճակի, ատոմը ինքնաբուխ արտանետում է ֆոտոն։ Այս էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը կոչվում է ինքնաբուխ արտանետում.

Եթե ​​գրգռված վիճակից անցումը կայուն վիճակի տեղի է ունենում բռնի կերպով արտաքին (ինդուկտիվ) ֆոտոնի ազդեցությամբ, ապա ձևավորվում է նոր ֆոտոն, որի էներգիան հավասար է անցումային մակարդակների էներգիաների տարբերությանը։ Նման ճառագայթումը կոչվում է հարկադրված .

Նոր ֆոտոնը արտանետման պատճառ դարձած ֆոտոնի «ճշգրիտ պատճենն է»։ Այն ունի նույն էներգիան, հաճախականությունը և փուլը: Այնուամենայնիվ, այն չի ներծծվում ատոմի կողմից: Արդյունքում արդեն կա երկու ֆոտոն։ Ազդելով այլ ատոմների վրա՝ նրանք առաջացնում են նոր ֆոտոնների հետագա տեսք։

Նոր ֆոտոն արտանետվում է ատոմից՝ ինդուկտիվ ֆոտոնի ազդեցության տակ, երբ ատոմը գրգռված վիճակում է։ Չգրգռված վիճակում գտնվող ատոմը պարզապես կկլանի ինդուկտիվ ֆոտոնը: Ուստի լույսը ուժեղացնելու համար անհրաժեշտ է, որ գրգռված ատոմներն ավելի շատ լինեն, քան չգրգռվածները։ Նման պետությունը կոչվում է բնակչության ինվերսիա.

Ինչպես է աշխատում լազերը

Լազերի դիզայնը ներառում է 3 տարր.

1. Էներգիայի աղբյուրը, որը կոչվում է լազերի «պոմպային» մեխանիզմ։

2. Լազերի աշխատանքային մարմինը.

3. Հայելիների համակարգ կամ օպտիկական ռեզոնատոր:

Էներգիայի աղբյուրները կարող են տարբեր լինել.էլեկտրական, ջերմային, քիմիական, լուսային և այլն: Նրանց խնդիրն է լազերի աշխատանքային մարմինը «պոմպել» էներգիայով, որպեսզի առաջացնեն լազերային լույսի հոսք: Էներգիայի աղբյուրը կոչվում է մեխանիզմլազերային «պոմպում». . Նրանք կարող են լինել քիմիական ռեակցիա, այլ լազերային, ֆլեշ լամպ, էլեկտրական կայծային բացը և այլն։

աշխատանքային մարմին , կամ լազերային նյութեր , անվանել այն նյութերը, որոնք կատարում են գործառույթները ակտիվ միջավայր. Հենց աշխատանքային մարմնում է առաջանում լազերային ճառագայթը։ Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում:

Գործընթացի հենց սկզբում աշխատանքային հեղուկը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում, իսկ ատոմների մեծ մասը գտնվում է նորմալ վիճակում։ Ճառագայթում առաջացնելու համար անհրաժեշտ է գործել ատոմների վրա, որպեսզի համակարգը գնա մի վիճակի բնակչության ինվերսիաներ. Այս խնդիրը կատարվում է լազերային պոմպային մեխանիզմով: Հենց նոր ֆոտոն հայտնվի մեկ ատոմում, այն կսկսի մյուս ատոմներում ֆոտոններ արտադրելու գործընթացը։ Այս գործընթացը շուտով վերածվելու է ձնահյուսի։ Բոլոր արտադրված ֆոտոնները կունենան նույն հաճախականությունը, իսկ լույսի ալիքները կկազմեն հսկայական ուժի լույսի ճառագայթ։

Լազերներում որպես ակտիվ միջավայր օգտագործվում են պինդ, հեղուկ, գազային և պլազմային նյութեր։ Օրինակ, 1960 թվականին ստեղծված առաջին լազերում ակտիվ միջավայրը ռուբինն էր:

Աշխատանքային հեղուկը տեղադրված է օպտիկական ռեզոնատոր . Դրանցից ամենապարզը բաղկացած է երկու զուգահեռ հայելիներից, որոնցից մեկը կիսաթափանցիկ է։ Այն արտացոլում է լույսի մի մասը և փոխանցում: Հայելիներից արտացոլվելով՝ լույսի ճառագայթը հետ է գալիս և ուժեղանում։ Այս գործընթացը կրկնվում է բազմիցս։ Լազերի ելքում առաջանում է շատ հզոր լույսի ալիք։ Ռեզոնատորում կարող են ավելի շատ հայելիներ լինել:

Բացի այդ, լազերներում օգտագործվում են այլ սարքեր՝ հայելիներ, որոնք կարող են փոխել պտտման անկյունը, ֆիլտրերը, մոդուլյատորները և այլն։ Նրանց օգնությամբ դուք կարող եք փոխել ալիքի երկարությունը, իմպուլսի տևողությունը և այլ պարամետրեր։

Ե՞րբ է հայտնագործվել լազերը:

1964 թվականին ռուս ֆիզիկոսներ Ալեքսանդր Միխայլովիչ Պրոխորովը և Նիկոլայ Գենադիևիչ Բասովը, ինչպես նաև ամերիկացի ֆիզիկոս Չարլզ Հարդ Թաունսը դարձան դափնեկիրներ։ Նոբելյան մրցանակֆիզիկայում, որը նրանց շնորհվել է ամոնիակի (մազերի) վրա քվանտային գեներատորի աշխատանքի սկզբունքի հայտնաբերման համար, որը նրանք պատրաստել են միմյանցից անկախ։

Ալեքսանդր Միխայլովիչ Պրոխորով

Նիկոլայ Գենադիևիչ Բասով

Պետք է ասել, որ maser-ը ստեղծվել է այս իրադարձությունից 10 տարի առաջ՝ 1954 թվականին։ Այն արձակել է համահունչ էլեկտրամագնիսական ալիքներ սանտիմետրերի միջակայքում և դարձել լազերի նախատիպը։

Առաջին գործող օպտիկական լազերի հեղինակը ամերիկացի ֆիզիկոս Թեոդոր Մայմանն է։ 1960 թվականի մայիսի 16-ին նա առաջին անգամ կարմիր լազերային ճառագայթ ստացավ կարմիր ռուբինի ձողից: Այս ճառագայթման ալիքի երկարությունը 694 նանոմետր էր։

Թեոդոր Մայման

Ժամանակակից լազերները լինում են տարբեր չափերի՝ միկրոսկոպիկ կիսահաղորդչային լազերներից մինչև հսկայական ֆուտբոլի դաշտի չափի նեոդիմում լազերներ:

Լազերների կիրառում

Անհնար է առանց լազերների ժամանակակից կյանք. Լազերային տեխնոլոգիաները կիրառվում են տարբեր ոլորտներում՝ գիտություն, տեխնոլոգիա, բժշկություն:

Առօրյա կյանքում մենք օգտագործում ենք լազերային տպիչներ։ Խանութներն օգտագործում են լազերային շտրիխ ընթերցիչներ:

Արդյունաբերության մեջ լազերային ճառագայթների օգնությամբ հնարավոր է իրականացնել մակերևութային մշակում ամենաբարձր ճշգրտությամբ (կտրում, ցողում, համաձուլում և այլն):

Լազերը հնարավորություն է տվել սանտիմետրերի ճշգրտությամբ չափել տիեզերական օբյեկտների հեռավորությունը։

Բժշկության մեջ լազերների հայտնվելը շատ է փոխվել:

Դժվար է պատկերացնել ժամանակակից վիրահատությունը առանց լազերային սկալպերների, որոնք ապահովում են ամենաբարձր ստերիլությունը և ճշգրիտ կտրում հյուսվածքը: Նրանց օգնությամբ գրեթե անարյուն վիրահատություններ են իրականացվում։ Լազերային ճառագայթի օգնությամբ օրգանիզմի անոթները մաքրվում են խոլեստերինի թիթեղներից։ Լազերը լայնորեն կիրառվում է ակնաբուժության մեջ, որտեղ այն օգտագործվում է տեսողությունը շտկելու, ցանցաթաղանթի ջոկատների, կատարակտի բուժման համար, նրա օգնությամբ մանրացնում են երիկամների քարերը։ Այն անփոխարինելի է նյարդավիրաբուժության, օրթոպեդիայի, ստոմատոլոգիայի, կոսմետոլոգիայի և այլնի մեջ։

Ռազմական գործերում օգտագործվում են լազերային տեղորոշման և նավիգացիոն համակարգեր։

Լազերային- սա լույսի աղբյուր է, որն ունի հատկություններ, որոնք կտրուկ տարբերվում են բոլոր մյուս աղբյուրներից (շիկացած լամպեր, լյումինեսցենտային լամպեր, բոցեր, բնական լուսատուներ և այլն): Լազերային ճառագայթն ունի մի շարք ուշագրավ հատկություններ. Այն տարածվում է մեծ տարածություններում և ունի խիստ ուղղագիծ։ Ճառագայթը շարժվում է շատ նեղ ճառագայթով փոքր շեղումով (հարյուրավոր մետր կիզակետով հասնում է Լուսին): Լազերային ճառագայթը մեծ ջերմություն ունի և կարող է անցք բացել ցանկացած նյութի վրա: Փնջի լույսի ինտենսիվությունը ավելի մեծ է, քան ամենաուժեղ լույսի աղբյուրների ինտենսիվությունը:
Լազերային անվանումըանգլերեն արտահայտության հապավումն է՝ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER): լույսի ուժեղացում խթանված արտանետման միջոցով:
Բոլոր լազերային համակարգերը կարելի է բաժանել խմբերի՝ կախված օգտագործվող ակտիվ միջավայրի տեսակից: Լազերների ամենակարևոր տեսակներն են.

պինդ վիճակ

կիսահաղորդչ

հեղուկ

գազ
Ակտիվ միջավայրը ատոմների, մոլեկուլների, իոնների կամ բյուրեղի (կիսահաղորդչային լազեր) հավաքածու է, որը լույսի ազդեցության տակ կարող է ուժեղացնող հատկություն ձեռք բերել։

Այսպիսով, յուրաքանչյուր ատոմ ունի էներգիայի մակարդակների առանձին հավաքածու: Հիմնական վիճակում գտնվող ատոմի էլեկտրոնները (նվազագույն էներգիա ունեցող վիճակ), լույսի քվանտաները կլանելիս անցնում են ավելի բարձր էներգիայի մակարդակ՝ ատոմը գրգռված է. երբ լույսի քվանտ է արձակվում, ամեն ինչ հակառակն է լինում։ Ավելին, լույսի արտանետումը, այսինքն՝ անցումը էներգիայի ավելի ցածր մակարդակի (նկ. 1բ) կարող է տեղի ունենալ ինքնաբուխ (ինքնաբուխ) կամ արտաքին ճառագայթման ազդեցության տակ (հարկադիր) (նկ. 1գ): Ավելին, եթե ինքնաբուխ արտանետումների քվանտները արտանետվում են պատահական ուղղություններով, ապա գրգռված արտանետման քվանտն արտանետվում է նույն ուղղությամբ, ինչ քվանտը, որն առաջացրել է այս ճառագայթումը, այսինքն՝ երկու քվանտներն էլ լրիվ նույնական են։

Նկ.1 Լազերային ճառագայթման տեսակները

Որպեսզի այն անցումները, որոնցում տեղի է ունենում էներգիայի ճառագայթում (անցումներ վերին էներգիայի մակարդակից դեպի ստորին) գերակշռեն, անհրաժեշտ է ստեղծել գրգռված ատոմների կամ մոլեկուլների կոնցենտրացիան (շրջված պոպուլյացիա ստեղծելու համար): Սա կհանգեցնի նյութի վրա լույսի անկման ավելացման: Նյութի վիճակը, որում ստեղծվում է էներգիայի մակարդակների հակադարձ պոպուլյացիա, կոչվում է ակտիվ, իսկ այդպիսի նյութից բաղկացած միջավայրը՝ ակտիվ միջավայր։

Հակադարձ մակարդակի պոպուլյացիա ստեղծելու գործընթացը կոչվում է պոմպում: Իսկ լազերների մեկ այլ դասակարգում կատարվում է ըստ պոմպային մեթոդի (օպտիկական, ջերմային, քիմիական, էլեկտրական և այլն)։ Պոմպային մեթոդները կախված են լազերի տեսակից (պինդ վիճակում, հեղուկ, գազային, կիսահաղորդչային և այլն):
Պոմպային գործընթացի հիմնական խնդիրը կարելի է համարել եռաստիճան լազերի օրինակով (նկ. 2):

Նկ. 2 եռաստիճան լազերի սխեմա

E1 էներգիայով I ցածր լազերային մակարդակը համակարգի հիմնական էներգիայի մակարդակն է, որտեղ ի սկզբանե տեղակայված են բոլոր ակտիվ ատոմները: Պոմպը գրգռում է ատոմները և, համապատասխանաբար, դրանք գետնի I մակարդակից տեղափոխում III մակարդակ՝ E3 էներգիայով: Ատոմները, որոնք գտնվում են III մակարդակի վրա, արձակում են լույսի քվանտա և անցնում I մակարդակ, կամ արագ անցնում են դեպի վերին լազերային II մակարդակ։ Վերին լազերային II մակարդակում գրգռված ատոմների կուտակման համար E2 էներգիայով անհրաժեշտ է ատոմների արագ թուլացում III մակարդակից մինչև II, որը պետք է գերազանցի II վերին լազերային մակարդակի քայքայման արագությունը: Այս կերպ ստեղծված հակադարձ պոպուլյացիան պայմաններ կապահովի ճառագայթման ուժեղացման համար։

Այնուամենայնիվ, որպեսզի առաջանա սերունդ, անհրաժեշտ է նաև հետադարձ կապ ապահովել, այսինքն՝ այդ խթանված արտանետումը, երբ առաջացել է, առաջացնում է խթանված արտանետումների նոր ակտեր։ Նման գործընթաց ստեղծելու համար ակտիվ միջավայրը տեղադրվում է օպտիկական ռեզոնատորի մեջ։

Օպտիկական ռեզոնատորը երկու հայելիներից բաղկացած համակարգ է, որոնց միջև կա ակտիվ միջավայր (նկ. 3): Այն ապահովում է լույսի ալիքների բազմակի ծագում, որոնք տարածվում են իր առանցքի երկայնքով ուժեղացնող միջավայրի երկայնքով, ինչի արդյունքում ձեռք է բերվում բարձր ճառագայթման հզորություն:

Նկ.3 Լազերային սխեման

Երբ հասնում է որոշակի հզորություն, ճառագայթումը դուրս է գալիս կիսաթափանցիկ հայելու միջոցով: Պայմանավորված է միայն ռեզոնատորի առանցքին զուգահեռ քվանտների միայն այն մասի գեներացման զարգացմանը, արդյունավետությունը։ լազերները սովորաբար չեն գերազանցում 1%-ը։ Որոշ դեպքերում, զոհաբերելով որոշակի հատկանիշներ, K.P.D. կարող է ավելացվել մինչև 30%:

Ուժեղացուցիչի միջոցով էլեկտրամագնիսական ալիքների առաջացումը իրականացնելու համար, ինչպես հայտնի է ռադիոֆիզիկայից, անհրաժեշտ է ուժեղացուցիչի ելքային ազդանշանը հասցնել իր մուտքին և ձևավորել հետադարձ կապ: Օպտիկայի մեջ նման հետադարձ կապը ստեղծվում է Fabry-Pero ինտերֆերոմետրի միջոցով, որը ստեղծում է ռեզոնատոր։ Նկար 1.11. ներկայացված է լազերային սարքի սխեմատիկ դիագրամ, որը բաղկացած է. Fabry-Pero ինտերֆերոմետր:

Բրինձ. 1.11. սկզբունքային օպտիկական դիզայնլազերային

Լազերային արտադրության համար անհրաժեշտ է երեք պայման.

1. ակտիվ միջավայրի առկայություն՝ պոպուլյացիայի ինվերսիայով, 2. հետադարձ կապի առկայություն, 3. շահույթի գերազանցում կորուստների նկատմամբ.

Լազերային արտադրությունը կսկսվի այն ժամանակ, երբ ակտիվ միջավայրի ուժեղացումը փոխհատուցում է դրա կորուստները, ակտիվ միջավայրում մեկ անցումով ճառագայթման ուժեղացումը (այսինքն՝ ելքային և մուտքային ֆոտոնների հոսքի խտությունների հարաբերակցությունը) հավասար է.

ժամկետ (1.12)

Եթե ​​ռեզոնատորում կորուստները որոշվում են միայն հայելիների փոխանցման միջոցով, ապա գեներացման շեմը կհասնի, երբ պայմանը

R1R2exp = 1 (1.13)

Այս պայմանը ցույց է տալիս, որ շեմը հասնում է այն ժամանակ, երբ մոտենում է բնակչության ինվերսիան քննադատական.Հենց որ հասնենք կրիտիկական ինվերսիային, սերունդը կզարգանա ինքնաբուխ արտանետումից: Իրոք, ֆոտոնները, որոնք ինքնաբերաբար արտանետվում են ռեզոնատորի առանցքի երկայնքով, կուժեղանան: Այս մեխանիզմը ընկած է լազերային արտադրության հիմքում:

1.4.1. Հակադարձ բնակչություն ստեղծելու մեթոդներ.

Մինչ այժմ մենք դիտարկել ենք երկաստիճան համակարգեր, սակայն նման համակարգերում լազինգն անհնար է: Ջերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում N 1 > N 2,հետևաբար, երբ ենթարկվում է էլեկտրամագնիսական դաշտի, հարկադիր անցումների քանակը ներքևից վերև (1 -» 2) ավելի շատ համարհարկադիր անցումներ վերևից ներքև (2 -» 1). այս դեպքում ստորին մակարդակի բնակչությունը նվազում է, իսկ վերինը՝ աճում։ Էլեկտրամագնիսական դաշտի բավականաչափ բարձր ծավալային էներգիայի խտության դեպքում մակարդակի պոպուլյացիաները կարող են հավասարվել , երբ 1 -» 2 և 2 -» 1 հարկադիր անցումների թվերը հավասար են, այսինքն. տեղի է ունենում դինամիկ հավասարակշռություն. Բնակչության մակարդակի հավասարեցման երեւույթը կոչվում է անցումային հագեցվածություն.Այսպիսով, երկաստիճան համակարգի վրա էլեկտրամագնիսական դաշտի ազդեցությամբ կարելի է հասնել անցման հագեցվածության, բայց ոչ բնակչության ինվերսիային:

1.4.1. եռաստիճան համակարգ.

Նկար 1.12. Ցուցադրված է դիագրամ, որը ցույց է տալիս օպտիկական պոմպային, եռաստիճան լազերի (օրինակ՝ ռուբինի) աշխատանքը։ Սկզբնական վիճակում լազերային նյութի բոլոր ատոմները գտնվում են 1-ին ստորին մակարդակում: Պոմպով ատոմները տեղափոխում են ստորին մակարդակից 3 մակարդակ, որը բաղկացած է բազմաթիվ ենթամակարդակներից, որոնք կազմում են լայն կլանման գոտի: Այս մակարդակը հնարավորություն է տալիս որպես պոմպ օգտագործել ճառագայթման լայն սպեկտրով աղբյուր, օրինակ՝ լուսարձակող լամպ: Գրգռված ատոմների մեծ մասը արագ անցնում է միջին մակարդակ 2 առանց ճառագայթման. Բայց վերջապես քվանտային համակարգֆոտոնի արտանետմամբ վերադառնում է ստորին մակարդակ 1: Այս անցումը լազերային անցումն է:

Եթե ​​պոմպի ինտենսիվությունը պակաս է լազինգի շեմից, ապա ատոմների անցումը 2-րդ մակարդակից 1 մակարդակ ուղեկցող ճառագայթումը ինքնաբուխ է: Երբ պոմպի ինտենսիվությունը գերազանցում է գեներացման շեմը, ճառագայթումը խթանվում է: Դա տեղի է ունենում, երբ 2-րդ մակարդակի բնակչությունը գերազանցում է 1-ին մակարդակի պոպուլյացիան: Դրան կարելի է հասնել, եթե 2-րդ մակարդակում կյանքի տևողությունը ավելի երկար է, քան հանգստի ժամանակը 3-ից մինչև 2-րդ մակարդակ, այսինքն.

Բրինձ. 1.12. Երեք մակարդակի լազերի էներգիայի մակարդակի դիագրամ:

N 3 ատոմների թիվը E 3 մակարդակում փոքր է այլ մակարդակների ատոմների թվի համեմատ, այսինքն.

(1.15)

Երեք մակարդակի համակարգի հիմնական գաղափարն այն է, որ ատոմները արդյունավետորեն մղվում են 1-ին մակարդակից դեպի մետաստաբիլ մակարդակ 2՝ արագ անցնելով 3-րդ մակարդակով: Այս դեպքում համակարգը ներկայացված է նաև որպես երկաստիճան համակարգ: Ստեղծման համար անհրաժեշտ է, որ 2-րդ մակարդակի պոպուլյացիան ավելի մեծ լինի, քան 1-ին մակարդակի բնակչությունը: Այսպիսով, լազերային գեներացիայի եռաստիճան համակարգում անհրաժեշտ է, որ 1-ին էներգիայի ցածր մակարդակի ատոմների կեսից ավելին լինի: տեղափոխվել է մետաստաբիլ մակարդակ 2:

1.4.2. չորս մակարդակի համակարգ.

Չորս մակարդակի լազերային համակարգը, որի սխեմայի համաձայն, լազերների մեծամասնությունը ապակու և բյուրեղների վրա, որոնք ակտիվանում են հազվագյուտ հողային իոններով, ներկայացված է Նկար 1.13-ում:

Բրինձ. 1.13. Չորս մակարդակի լազերի էներգիայի մակարդակի դիագրամ

Հարկ է նշել, որ եռաստիճան համակարգում լազերային գեներացիան տեղի է ունենում գրգռված մակարդակի 2-ի և ստորին մակարդակի 1-ի միջև, որը միշտ բնակեցված է: Իսկ քառաստիճան համակարգում լազերային անցումը կատարվում է 1-ին մակարդակի, որը գտնվում է ստորին մակարդակից և որը կարող է ընդհանրապես չբնակեցված կամ բնակեցված լինել, բայց շատ ավելի քիչ, քան ամենացածր մակարդակը: Այսպիսով, հակադարձ պոպուլյացիա ստեղծելու համար բավական է գրգռել փոքր թվով ակտիվ ատոմներ, քանի որ դրանք գրեթե անմիջապես անցնում են 2-րդ մակարդակ։ Չորս մակարդակի լազերային համակարգի գեներացման շեմը շատ ավելի ցածր կլինի, քան երեք մակարդակի: