Kā lāzera nesēju var izmantot visus materiālus, kuriem var nodrošināt populācijas inversiju. Tas ir iespējams ar šādiem materiāliem:

a) brīvie atomi, joni, molekulas, molekulu joni gāzēs vai tvaikos;

b) šķidrumos izšķīdinātas krāsvielu molekulas;

c) atomi, joni, kas iestrādāti ciets;

d) leģēti pusvadītāji;

e) brīvie elektroni.

Mediju skaits, kas spēj radīt lāzera starojumu, un lāzera pāreju skaits ir ļoti liels. Neona elementā vien tiek novērotas aptuveni 200 dažādas lāzera pārejas. Pēc lāzera aktīvās vides veida izšķir gāzes, šķidruma, pusvadītāju un cietvielu lāzerus. Kā kuriozi jāatzīmē, ka cilvēka elpa, kas sastāv no oglekļa dioksīda, slāpekļa un ūdens tvaikiem, ir piemērota aktīva vide vājam CO 2 lāzeram, un dažas džina šķirnes jau ir radījušas lāzera starojumu, jo satur pietiekamu daudzumu hinīna daudzums ar zilu fluorescenci.

Lāzera ģenerēšanas līnijas ir zināmas no spektra ultravioletā apgabala (100 nm) līdz milimetru viļņu garumiem tālajā infrasarkanajā diapazonā. Lāzeri vienmērīgi pāriet par mazeriem. Lāzeru jomā tiek veikti intensīvi pētījumi rentgena viļņu diapazonā (16. att.), bet praktisku nozīmi ieguvuši tikai divi vai trīs desmiti lāzeru veidu. CO 2 lāzeri, argona un kriptona jonu lāzeri, CW un impulsa Nd:YAG lāzeri, CW un impulsa krāsu lāzeri, He-Ne lāzeri un GaAs lāzeri tagad ir atraduši visplašāko pielietojumu medicīnā. Eksimera lāzeri, Nd:YAG lāzerus ar frekvences dubultošanu, Er:YAG lāzerus un metāla tvaika lāzerus arvien vairāk izmanto arī medicīnā.

Rīsi. 16. Medicīnā visbiežāk izmantotie lāzeru veidi.

Turklāt lāzeraktīvās vides var atšķirt pēc tā, vai tie veido diskrētas lāzera līnijas, t.i. tikai ļoti šaurā noteiktā viļņu garuma diapazonā vai nepārtraukti izstaro plašā viļņu garuma diapazonā. Brīvajiem atomiem un joniem, pateicoties to skaidri noteiktajam enerģijas līmenim, ir atsevišķas lāzera līnijas. Daudzi cietvielu lāzeri izstaro arī uz diskrētām līnijām (rubīna lāzeri, Nd:YAG lāzeri). Taču ir izstrādāti arī cietvielu lāzeri (krāsu centra lāzeri, aleksandrīta, dimanta lāzeri), kuru starojuma viļņu garums var nepārtraukti mainīties lielā spektra apgabalā. Tas jo īpaši attiecas uz krāsvielu lāzeriem, kuros šī tehnika ir progresējusi vislielākajā mērā. Pusvadītāju enerģijas līmeņu joslas struktūras dēļ arī pusvadītāju lāzeriem nav diskrētu skaidru lāzera ģenerēšanas līniju.

Mūsdienās ir grūti atrast cilvēku, kurš nekad nedzirdētu vārdu "lāzers" tomēr ļoti retais skaidri saprot, kas tas ir.

Pusgadsimts kopš lāzeru izgudrošanas dažādi veidi atrasts pielietojums plašā diapazonā no medicīnas līdz digitālajām tehnoloģijām. Tātad, kas ir lāzers, kāds ir tā darbības princips un kam tas ir paredzēts?

Kas ir lāzers?

Lāzeru pastāvēšanas iespējamību paredzēja Alberts Einšteins, kurš tālajā 1917. gadā publicēja rakstu, runājot par iespēju elektroniem izstarot noteikta garuma gaismas kvantus. Šo parādību sauca par stimulēto emisiju, taču ilgu laiku to uzskatīja par nerealizējamu no tehniskā viedokļa.

Taču, attīstoties tehniskajām un tehnoloģiskajām iespējām, lāzera izveide ir kļuvusi par laika jautājumu. 1954. gadā padomju zinātnieki N. Basovs un A. Prohorovs saņēma Nobela prēmiju par masera — pirmā ar amonjaku darbināma mikroviļņu ģeneratora — izveidi. Un 1960. gadā amerikānis T. Maimans izgatavoja pirmo optisko staru kvantu ģeneratoru, ko viņš nosauca par lāzeru (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Ierīce pārvērš enerģiju šaura virziena optiskā starojumā, t.i. gaismas stars, augstas koncentrācijas gaismas kvantu (fotonu) plūsma.

Lāzera darbības princips

Parādību, uz kuras balstās lāzera darbība, sauc par barotnes stimulētu vai inducētu starojumu. Noteiktas vielas atomi var izstarot fotonus citu fotonu iedarbībā, savukārt darbojošā fotona enerģijai jābūt vienādai ar starpību starp atoma enerģijas līmeņiem pirms un pēc starojuma.

Izstarotais fotons ir saskaņots ar to, kas izraisīja emisiju, t.i. tieši tāpat kā pirmais fotons. Tā rezultātā vājā gaismas plūsma vidē tiek pastiprināta, un nevis nejauši, bet gan vienā dots virziens. Tiek veidots stimulētā starojuma stars, ko sauc par lāzeru.

Lāzeru klasifikācija

Pētot lāzeru būtību un īpašības, tika atklāti dažādi šo staru veidi. Atkarībā no sākotnējās vielas stāvokļa lāzeri var būt:

• gāze;
• šķidrums;
• cietā stāvoklī;
• uz brīvajiem elektroniem.

Pašlaik ir izstrādātas vairākas metodes lāzera stara iegūšanai:

• ar elektriskās spīduma vai loka izlādes palīdzību gāzveida vidē - gāzizlāde;
• paplašinot karsto gāzi un veidojot iedzīvotāju inversijas - gāzes dinamika;
• laižot strāvu caur pusvadītāju ar vides ierosmi - diode vai injekcija;
• optiski sūknējot barotni ar zibspuldzi, LED, citu lāzeru utt.;
• ar barotnes elektronu staru sūknēšanu;
• kodolsūknēšana, saņemot starojumu no kodolreaktors;
• izmantojot īpašas ķīmiskās reakcijas – ķīmiskos lāzerus.

Visiem tiem ir savas īpašības un atšķirības, pateicoties kurām tās tiek izmantotas dažādas jomas nozare.

Lāzeru praktiska izmantošana

Līdz šim dažāda veida lāzeri tiek izmantoti desmitiem nozaru, medicīnā, IT tehnoloģijās un citās darbības jomās. Tie tiek izmantoti, lai:

• metālu, plastmasas un citu materiālu griešana un metināšana;
• attēlu, uzrakstu zīmēšana un izstrādājumu virsmas marķēšana;
• īpaši plānu urbumu urbšana, pusvadītāju kristālisko detaļu precīza apstrāde;
• izstrādājumu pārklājumu veidošana ar izsmidzināšanu, virskārtu, virsmu sakausēšanu u.c.;
• informācijas pakešu pārraide, izmantojot stiklšķiedru;
• ķirurģisko operāciju veikšana un citi terapeitiskie efekti;
• kosmētiskās procedūras ādas atjaunošanai, defektīvu veidojumu likvidēšanai u.c.;
• mērķauditorijas atlase dažāda veida ieroči, no kājnieku ieročiem līdz raķešu ieročiem;
• hologrāfisko metožu izveide un izmantošana;
• pielietojums dažādos pētniecības projektos;
• attālumu, koordinātu, darba vides blīvuma, plūsmas ātruma un daudzu citu parametru mērīšana;
• ķīmisko reakciju uzsākšana dažādu tehnoloģisko procesu veikšanai.

Ir daudz vairāk jomu, kurās lāzeri jau tiek izmantoti vai tiks pielietoti tuvākajā nākotnē.

Bez pārspīlējumiem lāzeru var saukt par vienu no nozīmīgākajiem 20. gadsimta atklājumiem.

Kas ir lāzers

runājot vienkāršos vārdos,lāzers - Šī ir ierīce, kas rada jaudīgu šauru gaismas staru. Nosaukums "lāzers" ( lāzers) tiek veidots, pievienojot veidojošo vārdu pirmos burtus Izteiciens angļu valodā l nakts a pastiprināšana autors s simulēts e misija no r starojums, kas nozīmē "gaismas pastiprināšana ar stimulētu emisiju". Lāzers rada tādas stiprības gaismas starus, ka spēj iededzināt caurumus pat ļoti izturīgos materiālos, pavadot tam tikai sekundes daļu.

Parasta gaisma izkliedē no avota dažādos virzienos. Lai to saliktu starā, tiek izmantotas dažādas optiskās lēcas vai ieliekti spoguļi. Un, lai gan šāds gaismas stars var pat iekurt uguni, tas enerģiju nevar salīdzināt ar lāzera stara enerģiju.

Lāzera darbības princips

IN fiziskais pamats lāzera darbs slēpjas fenomens piespiedu kārtā, vai izraisīts, starojums . Kāda ir tā būtība? Kādu starojumu sauc par stimulētu?

Stabilā stāvoklī vielas atomam ir viszemākā enerģija. Šāds stāvoklis tiek uzskatīts galvenais , un visos citos stāvokļos satraukti . Ja salīdzinām šo stāvokļu enerģiju, tad ierosinātā stāvoklī tā ir pārmērīga salīdzinājumā ar pamatstāvokli. Kad atoms pāriet no ierosinātā stāvokļa uz stabilu stāvokli, atoms spontāni izstaro fotonu. Šo elektromagnētisko starojumu sauc spontāna emisija.

Ja pāreja no ierosinātā stāvokļa uz stabilu notiek piespiedu kārtā ārēja (inducējošā) fotona ietekmē, tad veidojas jauns fotons, kura enerģija ir vienāda ar pārejas līmeņu enerģiju starpību. Tādu starojumu sauc piespiedu kārtā .

Jaunais fotons ir "precīza kopija" fotonam, kas izraisīja emisiju. Tam ir tāda pati enerģija, frekvence un fāze. Tomēr atoms to neuzsūc. Rezultātā jau ir divi fotoni. Ietekmējot citus atomus, tie izraisa jaunu fotonu turpmāku parādīšanos.

Jaunu fotonu izstaro atoms inducējošā fotona ietekmē, kad atoms atrodas ierosinātā stāvoklī. Atoms nesatrauktā stāvoklī vienkārši absorbēs inducējošo fotonu. Tāpēc, lai gaisma tiktu pastiprināta, ir nepieciešams, lai ierosināto atomu būtu vairāk nekā neuzbudināto. Tādu stāvokli sauc iedzīvotāju inversija.

Kā darbojas lāzers

Lāzera dizains ietver 3 elementus:

1. Enerģijas avots, ko sauc par lāzera "sūknēšanas" mehānismu.

2. Lāzera darba korpuss.

3. Spoguļu sistēma jeb optiskais rezonators.

Enerģijas avoti var būt dažādi: elektriskie, termiskie, ķīmiskie, gaismas uc Viņu uzdevums ir “iesūknēt” lāzera darba ķermeni ar enerģiju, lai tajā radītu lāzera gaismas plūsmu. Enerģijas avotu sauc mehānismslāzera "sūknēšana". . Tās var būt ķīmiskā reakcija, cits lāzers, zibspuldze, elektriskā dzirksteļsprauga utt.

darba šķidrums , vai lāzera materiāli , nosauc vielas, kas veic funkcijas aktīva vide. Lāzera stars rodas darba korpusā. Kā tas notiek?

Pašā procesa sākumā darba šķidrums atrodas termodinamiskā līdzsvara stāvoklī, un lielākā daļa atomu atrodas normālā stāvoklī. Lai izraisītu starojumu, ir jāiedarbojas uz atomiem, lai sistēma nonāktu stāvoklī iedzīvotāju inversijas. Šo uzdevumu veic lāzera sūknēšanas mehānisms. Tiklīdz vienā atomā parādīsies jauns fotons, tas sāks fotonu ražošanas procesu citos atomos. Šis process drīz kļūs par lavīnu. Visiem radītajiem fotoniem būs vienāda frekvence, un gaismas viļņi veidos milzīgas jaudas gaismas staru.

Cietās, šķidrās, gāzveida un plazmas vielas tiek izmantotas kā aktīvās vielas lāzeros. Piemēram, pirmajā lāzerā, kas tika izveidots 1960. gadā, aktīvā vide bija rubīns.

Tiek ievietots darba šķidrums optiskais rezonators . Vienkāršākais no tiem sastāv no diviem paralēliem spoguļiem, no kuriem viens ir caurspīdīgs. Tas atstaro daļu gaismas un daļu pārraida. Atspoguļojot no spoguļiem, gaismas stars atgriežas un pastiprinās. Šo procesu atkārto daudzas reizes. Lāzera izejā tiek radīts ļoti spēcīgs gaismas vilnis. Rezonatorā var būt vairāk spoguļu.

Turklāt lāzeros tiek izmantotas citas ierīces - spoguļi, kas var mainīt griešanās leņķi, filtri, modulatori utt. Ar to palīdzību var mainīt viļņa garumu, impulsa ilgumu un citus parametrus.

Kad tika izgudrots lāzers?

1964. gadā par laureātiem kļuva krievu fiziķi Aleksandrs Mihailovičs Prohorovs un Nikolajs Gennadijevičs Basovs, kā arī amerikāņu fiziķis Čārlzs Hārdtaunss. Nobela prēmija fizikā, kas viņiem tika piešķirta par kvantu ģeneratora darbības principa atklāšanu uz amonjaka (masera), ko viņi izgatavoja neatkarīgi viens no otra.

Aleksandrs Mihailovičs Prohorovs

Nikolajs Gennadijevičs Basovs

Jāteic, ka mazers tika izveidots 10 gadus pirms šī notikuma, 1954. gadā. Tas izstaroja koherentus elektromagnētiskos viļņus centimetru diapazonā un kļuva par lāzera prototipu.

Pirmā strādājošā optiskā lāzera autors ir amerikāņu fiziķis Teodors Maimans. 1960. gada 16. maijā viņš pirmo reizi saņēma sarkanu lāzera staru no sarkana rubīna stieņa. Šī starojuma viļņa garums bija 694 nanometri.

Teodors Maimans

Mūsdienu lāzeri ir dažādu izmēru, sākot no mikroskopiskiem pusvadītāju lāzeriem līdz milzīgiem futbola laukuma izmēra neodīma lāzeriem.

Lāzeru pielietojums

Bez lāzeriem nav iespējams mūsdienu dzīve. Lāzertehnoloģijas tiek izmantotas dažādās nozarēs: zinātnē, tehnoloģijās, medicīnā.

Ikdienā mēs izmantojam lāzerprinterus. Veikali izmanto lāzera svītrkodu lasītājus.

Ar lāzera staru palīdzību rūpniecībā iespējams veikt virsmas apstrādi ar visaugstāko precizitāti (griešana, izsmidzināšana, leģēšana utt.).

Lāzers ļāva izmērīt attālumu līdz kosmosa objektiem ar centimetru precizitāti.

Lāzeru parādīšanās medicīnā ir daudz mainījusies.

Grūti iedomāties mūsdienu ķirurģiju bez lāzera skalpeļiem, kas nodrošina visaugstāko sterilitāti un precīzi sagriež audus. Ar viņu palīdzību tiek veiktas gandrīz bezasins operācijas. Ar lāzera staru palīdzību ķermeņa trauki tiek attīrīti no holesterīna plāksnēm. Lāzeru plaši izmanto oftalmoloģijā, kur ar to koriģē redzi, ārstē tīklenes atslāņošanos, kataraktu u.c.. Ar tā palīdzību tiek sasmalcināti nierakmeņi. Tas ir neaizstājams neiroķirurģijā, ortopēdijā, zobārstniecībā, kosmetoloģijā u.c.

Militārajās lietās tiek izmantotas lāzera atrašanās vietas noteikšanas un navigācijas sistēmas.

Lāzers- tas ir gaismas avots ar īpašībām, kas krasi atšķiras no visiem citiem avotiem (kvēlspuldzes, dienasgaismas spuldzes, liesmas, dabiskie gaismekļi utt.). Lāzera staram ir vairākas ievērojamas īpašības. Tas izplatās lielos attālumos, un tam ir stingri taisns virziens. Stars pārvietojas ļoti šaurā starā ar nelielu novirzes pakāpi (tas sasniedz Mēnesi ar simtiem metru fokusu). Lāzera staram ir liels siltums, un tas var izdurt caurumu jebkurā materiālā. Stara gaismas intensitāte ir lielāka par spēcīgāko gaismas avotu intensitāti.
Lāzera nosaukums ir saīsinājums no angļu valodas frāzes: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER). gaismas pastiprināšana ar stimulētu emisiju.
Visas lāzersistēmas var iedalīt grupās atkarībā no izmantotās aktīvās vides veida. Svarīgākie lāzeru veidi ir:

cietā stāvoklī

pusvadītājs

šķidrums

gāze
Aktīvā vide ir atomu, molekulu, jonu kopums vai kristāls (pusvadītāju lāzers), kas gaismas iedarbībā var iegūt pastiprinošas īpašības.

Tātad katram atomam ir noteikts enerģijas līmeņu kopums. Pamatstāvoklī (stāvoklī ar minimālu enerģiju) esošā atoma elektroni, absorbējot gaismas kvantus, pāriet uz augstāku enerģijas līmeni - atoms tiek ierosināts; kad tiek izstarots gaismas kvants, viss notiek otrādi. Turklāt gaismas emisija, t.i., pāreja uz zemāku enerģijas līmeni (1.b att.) var notikt spontāni (spontāni) vai ārējā starojuma iedarbībā (piespiedu kārtā) (1.c att.). Turklāt, ja spontānās emisijas kvanti tiek emitēti nejaušos virzienos, tad stimulētās emisijas kvants tiek emitēts tajā pašā virzienā kā kvants, kas izraisīja šo starojumu, tas ir, abi kvanti ir pilnīgi identiski.

1. att. Lāzera starojuma veidi

Lai pārejas, kurās notiek enerģijas starojums (pārejas no augšējā enerģijas līmeņa uz zemāko), gūtu virsroku, ir jārada paaugstināta ierosināto atomu vai molekulu koncentrācija (lai izveidotu apgrieztu populāciju). Tas novedīs pie gaismas, kas krīt uz vielu, palielināšanās. Vielas stāvokli, kurā veidojas apgriezta enerģijas līmeņu populācija, sauc par aktīvo, un barotni, kas sastāv no šādas vielas, sauc par aktīvo vidi.

Apgrieztā līmeņa populācijas izveides procesu sauc par sūknēšanu. Un vēl viena lāzeru klasifikācija tiek veikta pēc sūknēšanas metodes (optiskā, termiskā, ķīmiskā, elektriskā utt.). Sūknēšanas metodes ir atkarīgas no lāzera veida (cietvielu, šķidruma, gāzes, pusvadītāju utt.).
Par galveno sūknēšanas procesa problēmu var uzskatīt trīs līmeņu lāzera piemēru (2. att.)

Trīslīmeņu lāzera shēma 2. att

Zemākais lāzera līmenis I ar enerģiju E1 ir sistēmas galvenais enerģijas līmenis, kurā sākotnēji atrodas visi aktīvie atomi. Sūknēšana ierosina atomus un attiecīgi pārnes tos no I zemes līmeņa uz III līmeni ar enerģiju E3. Atomi, kas atrodas III līmenī, izstaro gaismas kvantus un pāriet uz I līmeni vai ātri pāriet uz augšējo lāzera līmeni II. Ierosināto atomu uzkrāšanai augšējā lāzera līmenī II ar enerģiju E2 ir nepieciešama ātra atomu relaksācija no III līdz II līmenim, kam jāpārsniedz augšējā lāzera II līmeņa sabrukšanas ātrums. Šādā veidā izveidotā apgrieztā populācija nodrošinās apstākļus starojuma pastiprināšanai.

Taču, lai rastos ģenerācija, ir jānodrošina arī atgriezeniskā saite, tas ir, ka stimulētā emisija, kad tā ir radusies, izraisa jaunus stimulētās emisijas aktus. Lai izveidotu šādu procesu, aktīvo vidi ievieto optiskā rezonatorā.

Optiskais rezonators ir divu spoguļu sistēma ar aktīvo vidi starp tiem (3. att.). Tas nodrošina daudzkārtēju gaismas viļņu izcelsmi, kas izplatās pa savu asi pa pastiprinošo vidi, kā rezultātā tiek sasniegta augsta starojuma jauda.

3. att. Lāzera shēma

Sasniedzot noteiktu jaudu, starojums iziet caur puscaurspīdīgu spoguli. Pateicoties līdzdalībai ģenerēšanas attīstībā tikai tās kvantu daļas, kas ir paralēlas rezonatora asij, efektivitāte. lāzeri parasti nepārsniedz 1%. Dažos gadījumos, upurējot noteiktas īpašības, K.P.D. var palielināt līdz 30%.

Lai īstenotu elektromagnētisko viļņu ģenerēšanu, izmantojot pastiprinātāju, kā zināms no radiofizikas, ir nepieciešams nogādāt pastiprinātāja izejas signālu tā ieejā un izveidot atgriezeniskās saites cilpu. Optikā šāda atgriezeniskā saite tiek veidota, izmantojot Fabry-Perot interferometru, kas rada rezonatoru. 1.11.attēls. parādīta lāzerierīces shematiska diagramma, kas sastāv no: 1) aktīvās vides ar garumu L, 2) sūkņa avotu, piemēram, zibspuldzes, 3) diviem spoguļiem ar atstarošanas koeficientiem R 1 un R 2, kas veido Fabry-Perot interferometrs.

Rīsi. 1.11. principiāls optiskais dizains lāzers

Lāzera ģenerēšanai ir nepieciešami trīs nosacījumi:

1. aktīvās vides klātbūtne ar populācijas inversiju, 2. atgriezeniskās saites klātbūtne, 3. ieguvuma pārsniegums pār zaudējumiem.

Lāzera ģenerēšana sāksies, kad aktīvās vides pastiprināšana kompensēs tajā esošos zudumus, starojuma pastiprinājums aktīvajā vidē (t.i., izejas un ieejas fotonu plūsmas blīvuma attiecība) ir vienāds ar

exp (1.12)

Ja zudumus rezonatorā nosaka tikai spoguļu pārraide, tad ģenerācijas slieksnis tiks sasniegts, kad stāvoklis

R1R2exp = 1 (1,13)

Šis nosacījums parāda, ka slieksnis tiek sasniegts, kad tuvojas populācijas inversija kritisks. Tiklīdz tiek sasniegta kritiskā inversija, no spontānas emisijas attīstīsies paaudze. Patiešām, fotoni, kas tiek spontāni izstaroti gar rezonatora asi, tiks pastiprināti. Šis mehānisms ir lāzera ģenerēšanas pamatā.

1.4.1. Apgrieztās populācijas veidošanas metodes.

Līdz šim mēs esam apsvēruši divu līmeņu sistēmas, taču šādās sistēmās nav iespējams veikt lazerēšanu. Termodinamiskā līdzsvara stāvoklī N 1 > N 2, tādēļ, pakļaujoties elektromagnētiskajam laukam, piespiedu pāreju skaits no apakšas uz augšu (1 -» 2) vairāk numuru piespiedu pārejas no augšas uz leju (2 -» 1): šajā gadījumā zemākā līmeņa iedzīvotāju skaits samazinās, bet augšējā - pieaug. Pie pietiekami liela elektromagnētiskā lauka tilpuma enerģijas blīvuma līmeņa populācijas var izlīdzināt , kad piespiedu pāreju skaitļi 1 -» 2 un 2 -» 1 ir vienādi, t.i. iestājas dinamiskais līdzsvars. Tiek saukta līmeņa iedzīvotāju izlīdzināšanas fenomens pārejas piesātinājums. Tādējādi elektromagnētiskā lauka iedarbībā uz divu līmeņu sistēmu var panākt pārejas piesātinājumu, bet ne populācijas inversiju.

1.4.1. trīspakāpju sistēma.

1.12. attēls. parādīta diagramma, kas parāda optiski sūknēta, trīs līmeņu lāzera (piemēram, rubīna) darbību. Sākotnējā stāvoklī visi atomi lāzera materiālā atrodas zemākajā līmenī 1. Sūknēšana pārnes atomus no zemākā līmeņa uz 3. līmeni, kas sastāv no daudziem apakšlīmeņiem, kas veido plašu absorbcijas joslu. Šis līmenis ļauj kā sūkni izmantot avotu ar plašu starojuma spektru, piemēram, zibspuldzi. Lielākā daļa satraukto atomu ātri pāriet uz vidējais līmenis 2 bez starojuma. Bet beidzot kvantu sistēma atgriežas zemākajā 1. līmenī ar fotona emisiju. Šī pāreja ir lāzera pāreja.

Ja sūkņa intensitāte ir mazāka par lāzera slieksni, tad starojums, kas pavada atomu pāreju no 2. līmeņa uz 1. līmeni, ir spontāns. Kad sūkņa intensitāte pārsniedz ģenerēšanas slieksni, starojums tiek stimulēts. Tas notiek, kad 2. līmeņa populācija pārsniedz 1. līmeņa populāciju. To var panākt, ja dzīves ilgums 2. līmenī ir garāks par relaksācijas laiku no 3. līmeņa līdz 2. līmenim, t.i.

Rīsi. 1.12. Trīs līmeņu lāzera enerģijas līmeņa diagramma.

N 3 atomu skaits E 3 līmenī ir mazs, salīdzinot ar atomu skaitu citos līmeņos, t.i.

(1.15)

Trīs līmeņu sistēmas galvenā ideja ir tāda, ka atomi tiek efektīvi sūknēti no 1. līmeņa uz metastabilo 2. līmeni, ātri izejot cauri 3. līmenim. Šajā gadījumā sistēma tiek attēlota arī kā divu līmeņu sistēma. Lai ģenerētu, ir nepieciešams, lai 2. līmeņa populācija būtu lielāka par 1. līmeņa populāciju. Tādējādi trīs līmeņu sistēmā lāzera ģenerēšanai ir nepieciešams, lai vairāk nekā puse no zemākā 1. enerģijas līmeņa atomiem būtu pāriet uz metastabilo 2. līmeni.

1.4.2. četru līmeņu sistēma.

Četru līmeņu lāzeru sistēma, pēc kuras shēmas lielākā daļa lāzeru uz stikla un kristāliem, ko aktivizē retzemju joni, ir parādīta 1.13. attēlā.

Rīsi. 1.13. Četru līmeņu lāzera enerģijas līmeņa diagramma

Jāņem vērā, ka trīs līmeņu sistēmā lāzera ģenerēšana notiek starp ierosināto 2. līmeni un zemāko 1. līmeni, kas vienmēr ir apdzīvots. Un četru līmeņu sistēmā lāzera pāreja tiek veikta uz 1. līmeni, kas ir virs zemākā līmeņa un kurš var nebūt apdzīvots vispār vai apdzīvots, bet daudz mazāks par zemāko līmeni. Tādējādi, lai izveidotu apgrieztu populāciju, ir pietiekami ierosināt nelielu skaitu aktīvo atomu, jo tie gandrīz uzreiz nonāk 2. līmenī. Tas ir, Četru līmeņu lāzersistēmas paaudzes slieksnis būs daudz zemāks nekā trīs līmeņu sistēmai.