81. Лазери. Умови виникнення і властивості лазерного світла.

Лазер — джерело когерентного, монохроматичного і вузькоспрямованого електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, яке характеризується великою густиною енергії. Існують газові лазери, рідинні та на твердих тілах (діелектричних кристалах, склі, напівпровідниках). В лазері має місце перетворення різних видів енергії в енергію лазерного випромінювання. Головний елемент лазера — активне середовище, для утворення якого використовують: вплив світла, електричний розряд у газах, хімічні реакції, бомбардування електронним пучком та ін. методи «накачування». Активне середовище розташоване між дзеркалами, які утворюють оптичний резонатор. Існують лазери неперервної та імпульсної дії. Лазери отримали широке застосування в наукових дослідженнях (фізика, хімія, біологія, гірнича справа тощо), голографії і в техніці.

Активне севедовище (серце лазера)

Система накачки (джерело енергії)

Оптичний резонатор (система дзеркал)

Лазер — джерело світла. У порівнянні з іншими джерелами світла лазер має низку унікальних властивостей, пов'язаних з когерентністю і високою спрямованістю його випромінювання. Випромінювання «нелазерних» джерел світла не має цих особливостей.

«Серце лазера» — його активний елемент. В одних лазерів це кристалічний або склянний стрижень циліндричної форми. В інших — запаяна скляна трубка, всередині якої перебуває спеціально підібрана газова суміш. В третіх — кювета зі спеціальною рідиною. Відповідно розрізняють лазери твердотільні, газові й рідинні.

При нагріванні будь-яке тіло починає випромінювати тепло. Однак випромінювання теплового джерела поширюється в усіх напрямках, тобто заповнює тілесний кут 4π стерадіан. Формування спрямованого пучка від такого джерела, здійснюване за допомогою системи діафрагм або оптичних систем, що складаються з лінз і дзеркал, завжди супроводжується втратою енергії. Жодна оптична система не дозволяє одержати на поверхні освітлюваного об'єкта потужність випромінювання більшу, ніж у самім джерелі світла.

Лазер відрізняється від звичайної газорозрядної трубки тільки наявністю дзеркал. Дзеркала потрібні для того, щоб світло, що рухається вздовж осі трубки, як можна довше залишався всередині трубки . При цьому одне із встановлених дзеркал частково проникності, завдяки чому деяка кількість світла випромінюється назовні.

За таких умовах починається процес, ще на початку двадцятого століття передвіщений Ейнштейном. Вже виниклі світлові хвилі можуть примусити порушені світлові електрони до синхронних коливань. Електрон посилює світлову хвилю, тобто піднімає її гребінь, до тих пір, поки не віддасть хвилі всю свою енергію і не повернеться в початковий стан - стан спокою.

Оскільки завдяки дзеркалам світлові хвилі відносно довго залишаються всередині лазера, вони можуть підпорядковувати собі все більше і більше світлових електронів, використовуючи їх для того, щоб збільшити власну амплітуду, тобто висоту гребеня хвилі. Але і хвилі з однаковою амплітудою все ж таки можуть відрізнятися один від одного: однакові по висоті гребені хвиль можуть прямувати на різній відстані один від одного. Таким чином, у «витоків» кожного лазерного випромінювання стоять одночасно абсолютно різні хвилі, що встигли на даний момент сформуватися завдяки зусиллям декількох особливо «прудких» електронів.