Pada tahun 1960, laser buatan pertama di dunia menembus ketenangan California Sis laboratorium, dan laser ruby yang diciptakan oleh Theodore Mehman membuka pintu untuk ciptaan manusia laser dan penggunaan laser untuk mengubah dunia. Sejak lima puluh tahun, pengembangan ilmu pengetahuan laser telah cepat, dan popularisasi dan penerapan teknologi laser juga telah memasuki kehidupan orang-orang dari semua aspek. Tetapi kebanyakan orang hanya tahu bahwa laser memiliki tujuan seperti itu, tetapi mereka tidak tahu bagaimana laser datang dari. Oleh karena itu, artikel ini akan menjelaskan prinsip pembentukan laser dalam bahasa yang relatif umum.
Untuk memahami prinsip pembentukan laser, pertama memahami berapakah tingkat energi. Dalam istilah sederhana, tingkat energi adalah sebuah negara di mana setiap atom (sebenarnya elektron extranuclear) membawa sejumlah energi tertentu, dan tingkat energi yang berbeda menunjukkan bahwa energi yang dibawa oleh atom berbeda. Semakin tinggi tingkat energi, semakin tinggi energi elektron extranuclear, dan semakin mudah itu adalah untuk melepaskan diri dari inti. Demi pemahaman, atom hidrogen sederhana dari struktur atomik diambil sebagai contoh.
n mewakili bilangan kuantum yang sesuai dengan tingkat energi E atom. Ketika n = 1, menunjukkan tingkat energi dalam kesetimbangan atom hidrogen, yang disebut tanah negara (E1 tingkat). n = 2, 3, 4, dll yang disebut tereksitasi (tingkat energi E2, E3 energi tingkat, tingkat energi E4, dll). Menurut teori Denmark fisikawan Bohr's, ketika atom dalam keadaan stabil tanah, jika tertarik dengan dunia luar dan menyerap energi eksternal yang bersangkutan, itu akan beralih ke tingkat energi yang lebih tinggi untuk membentuk keadaan tereksitasi. Atom tidak stabil dalam keadaan gembira. Ketika atom dalam keadaan gembira, itu secara spontan transisi ke tingkat energi yang lebih rendah. Setelah satu atau beberapa transisi ke negara tanah, energi sesuai dilepaskan selama transisi ke tingkat energi yang rendah. Energi sesuai ini ada dalam bentuk foton frekuensi tertentu, yang dapat dihitung dari nilai di sisi kanan diagram tingkat energi, dan energi foton E = hν = Em - En. h adalah nilai tetap yang diukur oleh ahli fisika (Planck konstan), ν frekuensi foton (frekuensi di mana foton dilepaskan dari keadaan gembira untuk tanah negara, yang adalah frekuensi cahaya memancarkan eksternal, yang adalah laser ketika l Aser dibentuk. Frekuensi, yang menentukan panjang gelombang laser λ = c / ν, c adalah kecepatan cahaya).
Setelah memahami struktur tingkat energi, mari kita lihat bagaimana laser dibentuk. Untuk mudah dipahami, laser ruby sederhana diambil sebagai contoh. Ruby laser adalah solid-state laser. Substansi kerja ini adalah tongkat ruby. Crystal matrix adalah Al2O3, yang dikotori dengan 0,05% dari Cr2O3. Tindakan laser di ruby dicapai oleh proses emisi dirangsang Cr3 + (Kromium ion), jadi Cr3 + sering disebut ion mengaktifkan, yang merupakan "tubuh" laser diproduksi di ruby. Komponen utama Ruby, alumina, adalah hanya sebuah matriks yang mengandung ion kromium, yang memiliki hanya efek tidak langsung pada tindakan laser. Struktur tingkat energi adalah seperti ditunjukkan:
Ketika pompa cahaya menerangi ruby, ion Cr3 + dalam keadaan tanah menyerap cahaya panjang gelombang tertentu dan transisi ke tingkat E3. Ion Cr3 + telah sangat singkat seumur hidup pada tingkat energi ini (sangat tidak stabil, tentang 10-9 s), dan dengan demikian cepat melewati radiasi transisi (no-radiasi transisi mengacu pada pertukaran energi dengan dunia luar oleh tumbukan atom, yaitu, gerak termal di dalam kristal, sehingga perubahan tingkat energi, memancarkan maupun menyerap foton) transisi ke tingkat E2. Tingkat energi E2 memiliki satu seumur hidup lama (sekitar 3ms), disebut tingkat energi metastable, di mana lebih Cr3 + ion dapat dikumpulkan. Ketika pompa eksternal cukup kuat, inversi populasi dibentuk antara tingkat E2 dan tingkat E1, yaitu jumlah Cr3 + ion di tingkat E2 lebih besar dari tingkat E1. Setelah pembalikan populasi menyadari, setiap foton eksternal dengan hν energi akan membangkitkan atom pada tingkat E2 untuk membuat transisi ke dasar negara, dan lepaskan foton dengan hν energi, dan energi foton total akan berubah menjadi 2, 2 perubahan 4 , 4 perubahan 8... sehingga mencapai proses amplifikasi (gain) radiasi dirangsang. Karena rongga optik memiliki kerugian pada gain optik, laser output hanya ketika gain amplifikasi dirangsang radiasi lebih besar dari berbagai kerugian dalam laser.
