Лазери. Основи на квантовата електроника

ТЕМА 27: Лазери . Основи на квантовата електроника . 01. Лазери . Лазерът ( на английски : laser – light amplification by stimulated emission of radiation) е източник на монохроматична , кохерентна , насочена светлина . Той излъчва тънък , добре насочен , кохерентен сноп с постоянна дължина на вълната ( еднакъв цвят ), постоянна фаза и голяма яркост , за разлика от некохерентните източници като електрическите лампи , които излъчват вълни в почти целия електромагнитен спектър и във всички посоки . Принципът на действие на лазера е комбинация между квантово-механични и термодинамични процеси Лазери . 02. История на л азери те . Първи работещ лазер: Първият лазер заработва на 16 май 1960 г. и е създаден от Теодор Майман в лабораторията на компанията Hughes Aircraft на Хауърд Хюз , в Малибу , щат Калифорния и е рубинов кристал с оптично напомпване . След появата си през 60-те години лазерите се развиват много бурно . Нобелови награди за създаването на лазерите: Александър Михайлович Прохоров (АН Русия) Генади Басов (АН Русия) Чарз Таунс (Колумбийски университет, САЩ) Като активна среда първоначално е използван натурален рубинов кристал , а впоследствие – изкуствено синтезиран корунд , който представлява алуминиев оксид Al O – безцветен кристал , но при наличието на малки количества примеси на тривалентен хром Cr кристалът се оцветява в рубинено червено . Именно този хром е в основата на действието на лазера . С помощта на мощна импулсна газоразрядна ксенонова лампа кристалът се осветява , като в резултат електроните от валентната зона преминават на по-високи енергийни състояния като се задържат там 10 s и се връщат на енергийно по-изгодно състояние , в резултат на което се отделя фотон . История на л азери те . 03. Устройство на лазерите . Лазерът е изграден от следните три основни компонента : активна среда , външен източник на енергия или още наречен източник на напомпване ( може да е светлина от газоразрядна лампа , електрически ток , дори топлина ), и резонатор (в най-простия си вид той се състои от две огледала , едното от които има коефициент на отражение близък до 100% ( наречено глухо ), а другото – по - малък от 100% ( наречено полупропускливо )- т.нар . система Фабри-Перо (Fabry- Pérot ). Така просто описаните три компонента могат да бъдат както миниатюрно устройство с размер под 1 mm, така и доста сложна и обемиста система . Лазерните системи в микроелектрониката например могат да заемат цели стаи . Благодарение на многократното преминаване през активната среда вътре в резонатора лазерното лъчение се формира във вид на лазерен сноп с форма , определена от свойствата на резонатора ( вид на огледалата , разстояние между тях , наличие на диафрагма и т.н .) При определени условия в резонатора се формира Гаусов сноп с модова структура , отбелязвана с TEM mn . Снопът с най-малка разходимост е така нареченият нулев Гаусов сноп TEM 00 .