1960 yılında, dünyanın ilk yapay lazeri Kaliforniya Sis Laboratuvarı'nın sükunetini deldi ve Theodore Mehman'ın icat ettiği yakut lazer insan lazerlerinin yaratılmasına ve dünyayı dönüştürmek için lazerlerin kullanımına kapı açtı. Son elli yıldan beri, lazer biliminin gelişimi hızlı olmuştur ve lazer teknolojisinin popülerleşmesi ve uygulanması da insanların yaşamlarına her yönden girmiştir. Ancak çoğu insan sadece lazerlerin böyle bir amacı olduğunu biliyor, ancak lazerin nasıl geldiğini bilmiyorlar. Bu nedenle, bu makale nispeten yaygın bir dilde lazer oluşumu ilkesini açıklayacaktır.
Lazer oluşumu ilkesini anlamak için öncelikle enerji seviyesinin ne olduğunu anlamak. Basit bir ifadeyle, bir enerji seviyesi, her bir atomun (aslında bir ekstranükleer elektronun) belirli bir miktarda enerji taşıdığı ve farklı enerji seviyelerinin atom tarafından taşınan enerjinin farklı olduğunu gösterdiği bir durumdur. Enerji seviyesi ne kadar yüksek olursa, ekstranükleer elektronların enerjisi de o kadar yüksek olur ve çekirdekten ayrılması o kadar kolay olur. Anlayış adına, atomik yapının en basit hidrojen atomu örnek olarak alınmıştır.
n, atomun E enerji seviyesine karşılık gelen bir kuantum sayısını temsil eder. N = 1 olduğunda, toprak durumu (E1 seviyesi) olarak adlandırılan hidrojen atomunun sabit durumundaki enerji seviyesini gösterir. n = 2, 3, 4 vb. heyecanlı durumlar olarak adlandırılır (E2 enerji seviyesi, E3 enerji seviyesi, E4 enerji seviyesi, vb.). Danimarkalı fizikçi Bohr'un teorisine göre, atom kararlı bir temel halindeyken, dış dünya tarafından heyecanlanırsa ve karşılık gelen dış enerjiyi emerse, heyecanlı bir durum oluşturmak için daha yüksek bir enerji seviyesine atlayacaktır. Atom, uyarılmış durumda kararsız. Atom uyarılmış haldeyken, kendiliğinden düşük enerji seviyesine geçiş yapar. Bir ya da birkaç temel duruma geçtikten sonra, karşılık gelen enerji düşük enerji seviyesine geçiş sırasında serbest bırakılır. Bu karşılık gelen enerji, enerji seviyesi diyagramının sağ tarafındaki değerden hesaplanabilen belirli bir frekansın fotonları ve foton enerjisi E = hν = Em - En şeklinde hesaplanabilir. h, fizikçi (Planck sabiti) tarafından ölçülen sabit değerdir, ν, fotonun frekansıdır (fotonun, uyarılmış durumdan yerden yayına bırakıldığı frekanstır; Lazer oluştuğunda lazerdir.Lazer dalga boyunu belirleyen frekans λ = c / ν, c ışık hızıdır).
Enerji seviyesi yapısını anladıktan sonra, lazerin nasıl oluştuğunu görelim. Kolay anlaşılması için en basit yakut lazeri örnek olarak alınmıştır. Yakut lazer katı hal lazeridir. Çalışan madde yakut bir çubuktur. Kristal matrisi,% 0.05 Cr203 ile katlanan Al203'dür. Yakuttaki lazer hareketi, Cr3 + 'ın (krom iyonu) uyarılmış emisyon işlemi ile gerçekleştirilir, bu nedenle Cr3 +' a yakutta üretilen lazerin "gövdesi" olan aktive edici iyon denir. Yakutun ana bileşeni alümina, yalnızca lazer hareketi üzerinde dolaylı bir etkiye sahip olan krom iyonlarını içeren bir matristir. Enerji seviyesi yapısı gösterildiği gibidir:
Pompa ışığı yakutu yaktığında, zemin durumundaki Cr3 + iyonu belirli bir dalga boyunun ışığını emer ve E3 seviyesine geçer. Cr3 + iyonu bu enerji seviyesinde çok kısa bir ömre sahiptir (çok dengesiz, yaklaşık 10-9 s) ve bu nedenle hızlı bir şekilde Radyasyon geçişinden geçer (radyasyon yok geçiş, dış dünya ile enerji alışverişini atom çarpışması ile değiştirir. yani kristalin içindeki termal hareket, böylece enerji seviyesi değişir, ne foton yayıcı ne de emer) E2 seviyesine geçer. E2 enerji seviyesi, daha fazla Cr3 + iyonunun toplanabileceği, kullanılabilir enerji seviyesi denilen uzun bir ömre (yaklaşık 3 ms) sahiptir. Harici pompa yeterince güçlü olduğunda, E2 seviyesi ve E1 seviyesi arasında bir popülasyon inversiyonu oluşur, yani, E2 seviyesindeki Cr3 + iyonlarının sayısı E1 seviyesinden büyüktür. Nüfus inversiyonu gerçekleştikten sonra, hn enerjili her bir harici foton E2 seviyesindeki bir atomu temel durumuna getirecek ve hn enerjili bir foton serbest bırakacak ve toplam foton enerjisi 2, 2 olarak değiştirilecektir. 4, 4 değişiklikler 8 ... ve böylece uyarılmış radyasyon büyütme (kazanma) işlemine ulaşılır. Optik boşluk, optik kazanç üzerinde bir kayba sahip olduğundan, lazer yalnızca uyarılan radyasyon amplifikasyonunun kazancı, lazerdeki çeşitli kayıplardan daha büyük olduğunda çıktı.
