next up previous contents
Next: Czy fizyka uważa, że Up: Fizyka kwantowa Previous: Fizyka kwantowa   Spis rzeczy

Co to jest i jak dziaa laser?

1. Mamy pewien materia, w którym istnieja stany metastabilne (tzn. stany wzbudzenia atomu (lub czasteczki) o energii wyzszej od minimalnej, ale nie przechodzace od razu do stanu podstawowego)

2. Pompujemy w taki materia energie (np. lampa byskowa, strumieniem elektronów, innym laserem,...). Atomy (lub czasteczki) zostaja wzbudzone i wchodza w stan metastabilny. Pompowanie jest na tyle szybkie, ze nim zdaza one zejsc ze stanu metastabilnego do podstawowego, wzbudzanych jest dookoa wiele innych atomów. W efekcie dochodzi do inwersji obsadzen. Tzn. wiekszosc atomów jest w stanie metastabilnym.

3. Nasz materia otaczamy z dwóch stron przez lustra. W materiale od czasu do czasu czastki schodza ze stanu metastabilnego do podstawowego, emitujac kwant swiata o okreslonej czestotliwosci. Kwant taki wywouje emisje wymuszona sasiednich atomów. Emisja wymuszona charakteryzuje sie tym, ze sasiedni atom emituje identyczny kwant, w tym samym kierunku. Dzieki lustrom, najwiecej kwantów przebiega w przestrzeni miedzy lustrami; pozostae wylatuja z preta laserujacego i nie wywouja dalszych emisji wymuszonych.

4. Kwanty przechodzac przez lustro póprzepuszczalne powoduja swiecenie lasera. Miedzy lustrami natomiast zachodzi ciage wzbudzanie i wzmacnianie drgan (emisja wymuszona) w osi preta.

5. Lasery moga byc stae, gazowe lub cieczowe. Stae to np. laser rubinowy lub szklany neodymowy. Popularne gazowe to np. laser hel-neon, argonowy. Wsród gazowych wyróznia sie lasery atomowe, jonowe, molekularne. (zaleznie od tego, co ulega wzbudzeniu: w atomowych elektron w atomie; w jonowych zachodzi jonizacja, a nastepnie zderzanie elektronów z jadrami; w molekularnych zmienia sie struktura wiazan czasteczki). Lasery barwnikowe sa troche bardziej zozonymi tworami. Charakteryzuja sie one mozliwoscia przestrajania generowanego promieniowania w znacznym zakresie (poprzez zmiane skadu chemicznego osrodka laserujacego). Wyróznia sie tu lasery cieczowe chelatowe, organiczne, nieorganiczne i inne. Jak widac, osrodki sa dosc skomplikowanymi tworami. Pierwszy laser cieczowy zosta skonstruowany przez Harolda Samelsona i Aleksandra empickiego (taki polski akcent).

6. Szczególna odmiana laserów ze staym osrodkiem laserujacym sa lasery póprzewodnikowe. Realizuje sie je czesto na specjalnych zaczach póprzewodnikowych p+-n+ (zdegenerowanych). W zaczach takich w obszarze dziurowym p, pasmo przewodnictwa jest puste, a pasmo walencyjne nie do konca obsadzone. Z kolei w obszarze elektronowym n, pasmo walencyjne jest w peni zajete, a takze wystepuje znaczna ilosc elektronów w pasmie przewodzenia. Przepuszczajac elektrony z pasma przewodzenia obszaru n do obszaru p, wpadaja one w pasmo przewodzenia obszaru p. Pasmo przewodzenia ma wyzsza energie niz pasmo walencyjne (mamy w ten sposób uzyskana inwersje obsadzen), wiec z uwagi na pustki w pasmie walencyjnym obszaru p, elektrony spadaja do niego, emitujac kwant promieniowania o czestotliwosci równej szerokosci przerwy miedzy stanami energetycznymi walencyjnym i przewodzenia (rysunek 6.1).

Rysunek 6.1: Ilustracja dziaania lasera póprzewodnikowego
\includegraphics[height=5cm,width=5cm]{laser-pp.eps}

Rekombinacja ta nastepuje szczególnie silnie w obszarze zacza i umieszcza sie tam specjalne lustra rezonatora, wzmacniajace drgania tylko w jednym kierunku. W ten sposób uzyskuje sie oprócz monochromatycznosci równiez i spójnosc promieniowania, a wiec klasyczny laser.


next up previous contents
Next: Czy fizyka uważa, że Up: Fizyka kwantowa Previous: Fizyka kwantowa   Spis rzeczy