Кіріспе
Лазердегі оптикалық күшейтудің көзі Лазердегі оптикалық күшейтудің көзі – белсенді лазерлік орта (ол күшейту ортасы немесе лазерлік орта деп те аталады). Күшейту – бұл жоғары энергиялық күйден төменгі энергиялық күйге электрондық немесе молекулалық ауысу арқылы фотондардың ынталандырылған эмиссиясынан туындайды, бұл күй бұрын сорғы көзімен толтырылған болатын. Белсенді лазерлік ортаның мысалдары:
Сирек жер элементтерімен (мысалы, неодим, иттербий немесе эрбий) немесе өткіш металл иондарымен (титан немесе хром) қоспаланған белгілі бір кристалдар; көбінесе иттрий алюминий гранаты (Y3Al5O12), иттрий ортованадаты (YVO4) немесе сапфир (Al2O3); және сирек кездесетін цезий кадмий бромиді (CsCdBr3) (қатты күйдегі лазерлер);
Лазерлік белсенді иондармен қоспаланған шынылар, мысалы, силикат немесе фосфат шынылары;
Газдар, мысалы, гелий мен неоның (HeNe), азот, аргон, криптон, көміртек моноксиді, көмірқышқыл газы немесе металл булары; (газ лазерлері);
Жартылай өткізгіштер, мысалы, галлий арсениді (GaAs), индий галлий арсениді (InGaAs) немесе галлий нитриді (GaN). Түсті лазерлерде қолданылатын бояу ерітінділері түріндегі сұйықтықтар. Лазерді іске қосу үшін белсенді күшейту ортасы популяция инверсиясы болатын күйге өтуі керек. Бұл күйді дайындау үшін сыртқы энергия көзі қажет, бұл лазерлік сорғылау деп аталады. Сорғылау электр тогымен (мысалы, жартылай өткізгіштермен немесе жоғары кернеулі разрядтар арқылы газдармен) немесе разрядты шамдармен немесе басқа лазерлермен (жартылай өткізгіш лазерлер) тудырылатын жарықпен жүзеге асырылуы мүмкін. Ерекше күшейту орталарын химиялық реакциялар, ядролық бөліну немесе жоғары энергиялы электронды сәулелермен сорғылауға болады.
The active laser medium (also called a gain medium or lasing medium) is the source of optical gain within a laser. The gain results from the stimulated emission of photons through electronic or molecular transitions to a lower energy state from a higher energy state previously populated by a pump source. Examples of active laser media include:
Certain crystals, typically doped with rare earth ions (e. g. neodymium, ytterbium, or erbium) or transition metal ions (titanium or chromium); most often yttrium aluminium garnet (Y3Al5O12), yttrium orthovanadate (YVO4), or sapphire (Al2O3); and not often caesium cadmium bromide (CsCdBr3) (solid state lasers)
Glasses, e. g. silicate or phosphate glasses, doped with laser active ions;
Gases, e. g. mixtures of helium and neon (HeNe), nitrogen, argon, krypton, carbon monoxide, carbon dioxide, or metal vapors; (gas lasers)
Semiconductors, e. g. gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), or gallium nitride (GaN). Liquids, in the form of dye solutions as used in dye lasers. In order to fire a laser, the active gain medium must be changed into a state in which population inversion occurs. The preparation of this state requires an external energy source and is known as laser pumping. Pumping may be achieved with electrical currents (e. g. semiconductors, or gases via high voltage discharges) or with light, generated by discharge lamps or by other lasers (semiconductor lasers). More exotic gain media can be pumped by chemical reactions, nuclear fission, or with high energy electron beams.
Көбею ортасының үлгісі
Нақты жүйелердегі оптикалық күшейтудің ең қарапайым моделі тек екі, энергетикалық жағынан жақсы ажыратылған, кіші деңгейлер тобын қамтиды. Әрбір кіші деңгейлер тобының ішіндегі жылдам өтулер жылулық тепе-теңдікке тез жетуді қамтамасыз етеді. Күшейту үшін маңызды жоғары және төменгі топтар арасындағы күшті шығарылымдар, жоғары деңгейлердің сәйкес төменгі деңгейлерге қарағанда көбірек толтырылуын қажет етеді. Бұл жағдай популяция инверсиясы деп аталады. Егер екі топ арасындағы спонтанды өту жылдамдықтары баяу болса, яғни жоғарғы деңгейлер метатұрақты болса, оны оңайрақ қол жеткізуге болады. Популяция инверсиясын жасау оңайырақ, егер тек ең төменгі кіші деңгейлер ғана толтырылған болса, бұл төмен температураны немесе жақсы энергетикалық ажыратылған топтарды талап етеді. Оптикалық сигналдарды күшейту жағдайында, лазерлік жиілік сигнал жиілігі деп аталады. Егер сигналды күшейту үшін қажетті сыртқы энергия оптикалық болса, онда ол міндетті түрде бірдей немесе жоғары сорғы жиілігінде болуы керек.