Fenomenul Laser

1. Introducere

Laserele lucrează folosind un principiul general care a fost inventat pentru frecvenţe din domeniul microundelor şi care poartă numele de amplificarea microundelor prin emisia stimulată a radiaţiei.

În aceasta figura sunt prezentate elementele principale ale unui dispozitiv laser: un mediu laser constând atomi, molecule, ioni sau în unele cazuri, un cristal semiconductor, care sunt excitaţi printr-un proces de pompare; elemente de feedback optic potrivite care permit fasciculului de radiaţii fie să treacă odată prin mediul laser (ca în cazul amplificatorului laser), fie să oscileze înainte şi înapoi în mod repetat prin mediul laser (ca în cazul oscilatorului laser).

Procesul de pompare, este necesar pentru a excita atomii pe nivele energetice mai înalte. El este necesar pentru realizarea ”inversiei de populaţie”, în care mai mulţi atomi sunt excitaţi pe un nivel energetic mai înalt decât cei aflaţi pe un nivel energetic mai scăzut din mediul laser. Inversia populaţiei se poate realiza în multe moduri şi cu o mare varietate de materiale.

Radiaţia electromagnatică dintr-o bandă îngustă de frecvenţe poate fi amplificată coerent dacă ea trece prin mediul laser. Amplificarea coerentă înseamnă că semnalul obţinut după amplificare reproduce mai mult sau mai puţin semnalul de intrare, având în plus o creştere substanţială a amplitudinii. Procesul de amplificare poate adăuga şi o diferenţă mică de fază şi o mică distorsiune.

Feedback-ul într-un oscilator laser este realizat de oglinzi, la fiecare capăt al mediului laser de amplificare, strict aliniate astfel pierderile să fie foarte mici. Dacă amplificarea între oglinzi, depăşeşte pierderea prin reflexie, atunci au loc oscilaţii optice coerente în sistem ca în orice alt oscilator feedback electronic.

Oscilaţiile coerente duc la un fascicul cu direcţie strictă, înalt monocromatic şi coerent.

2. Principiul funcţionării laserului

Laserul este un dispozitiv complex ce utilizează un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, şi o cavitate optică rezonantă. Mediul activ, cu o compoziţie şi parametri determinaţi, primeşte energie din exterior prin ceea ce se numeşte pompare.