Componentele laserului, Primul dispozitiv laser realizat

Componentele laserului

Mediul activ

Orice  dispozitiv laser este constituit dintr-un mediu solid, lichid sau gazos în care poate fi realizată o inversie de populaţie între două (sau mai multe) nivele ale microparticulelor (molecule, ioni, atomi) componente. Un astfel de mediu poartă numele de mediu activ laser.

Sursa de pompaj

Pentru ca mediul să devină activ, el trebuie să primească energie din exterior de la o sursă specială, numită sursă de pompaj (sau sursă de excitare) deoarece energia sa este utilizată, în principiu, pentru pomparea microparticulelor pe nivelul superior al liniei amplificate.

Cavitatea rezonantă

În scopul de a obţine o amplificare semnificativă a radiaţiei în mediul activ, sau chiar o generare, aceasta se aşează într-o cavitate rezonantă. Cavitatea rezonantă creşte densitatea radiaţiei care acţionează asupra mediului şi odată cu aceasta probabilitatea emisiei induse şi măreşte drumul undelor prin mediul activ, determinând în felul acesta mărimea intensităţii radiaţiei în direcţia considerată.

Aceste trei componente, mediul activ, sursa de pompaj şi cavitatea rezonantă sunt comune tuturor dispozitivelor laser, concretizându-se însă specific la fiecare tip de laser.

Componentele laserului, Primul dispozitiv laser realizat

Primul dispozitiv laser realizat

Primul dispozitiv laser a fost realizat de T.H. Maiman, care a folosit în calitate de mediu activ un monocristal de rubin impurificat cu ioni trivalenţi de crom, având forma unei bare cilindrice. Feţele laterale ale barei sunt foarte bine şlefuite şi riguros paralele. Ambele sunt metalizate, dar în timp ce una este complet reflectătoare, cealaltă este parţial reflectătoare (semitransparentă). Cele două oglinzi astfel formate reprezintă rezonatorul. O lampă flash de formă elicoidală asigură pompajul de energie (pompaj optic).

Principiul de funcţionare

În cristalul de rubin ionul de crom posedă nivele de energie înguste şi benzi largi. Prin absorbţia luminii sosită de la lampa flash ionii de crom trec din starea fundamentală E1 pe nivelele benzii E3 ceea ce determină o scădere a populaţiei nivelului fundamental. O parte din ionii de crom aflaţi în banda E3 revin spontan în stare fundamentală iar restul trec pe nivelul E2 printr-o tranziţie neradiativă. Nivelul E2 fiind metastabil, în unitatea de timp, numărul dezexcitărilor E2→E1 este mult mai mic decât numărul dezexcitărilor E3→E1.

Dacă intensitatea radiaţiei incidente depăşeşte o anumită valoare, numită valoare de prag, atunci, în unitatea de timp, numărul ionilor excitaţi E3 va deveni mult mai mare decât numărul celor ce se dezexcită prin tranziţii spontane E3→E1 şi E2→E1. Ca urmare, în cristal va creşte numărul ionilor excitaţi pe E2 prin dezexcitări spontane de pe E3 până ce acest număr va deveni mai mare decât numărul celor din starea inferioară E1. Se realizează astfel inversia de populaţie între E2 şi E1.

Bara de rubin va avea o mare concentraţie de ioni de crom excitaţi pe nivelul metastabil E2. Primii fotoni emişi spontan în urma dezexcitărilor de pe acest nivel pe nivelul E1, vor provoca tranziţii stimulate care se vor dezvolta în cascadă provocând depopularea aproape instantanee a nivelului E2 şi deci emisia unui mare număr de fotoni într-un timp scurt. La această depopulare rapidă contribuie în mod esenţial reflexiile repetate pe cele două oglinzi.

În cele din urmă un mare număr de fotoni vor ieşi prin oglinda semitransparentă constituiţi într-un fascicul paralel, monocromatic, coerent şi foarte intens, numit fascicul laser.


Componentele laserului, Primul dispozitiv laser realizat publicat: 2019-10-25T12:29:07+02:00, actualizat: 2019-10-25T12:29:07+02:00 by Colegiu.info