Будова лазера

Лазер — оптичний квантовий генератор, джерело когерентністого монохроматичного, електромагнітного випромінювання оптичного діапазону. Зазвичай складається з трьох основних елементів:

• Джерело енергії (механізм «нагніт» лазера).
• Робоче тіло лазера.
• Система дзеркал («оптичний резонатор»).

Схема пристрою на прикладі рубінового лазера

Джерело енергії

Джерело нагнітання подає енергію в систему, ним може бути:

• електричний розрядник
• імпульсна лампа
• дугова лампа
• інший лазер
• хімічна реакція
• вибухова речовина

Тип застосованого пристрою нагнітання безпосередньо залежить від робочого тіла, яке використовують, а також визначає спосіб підведення енергії до системи. Наприклад, гелій-неонові лазери використовують електричні розряди в гелій-неоновій газовій суміші, а лазери на основі алюмо-ітрієвого граната з неодимовим легуванням (Nd:YAG-лазери);— сфокусоване світло ксенонової імпульсної лампи, ексимерні лазери;— енергію хімічних реакцій.

Робоче тіло

Робоче тіло є основним визначальним фактором робочої довжини хвилі, а також інших властивостей лазера. Існує велика кількість різних робочих тіл, на основі яких можна побудувати лазер. Робоче тіло піддається «нагніту», щоб отримати ефект інверсії електронних заселеностей, що викликає вимушене випромінювання фотонів і ефект оптичного посилення.

У лазерах використовуються наступні робочі тіла:

• Рідина, наприклад в лазерах на барвниках. Складаються з органічного розчинника, наприклад метанолу, етанолу або етиленгліколю, в яких розчинені хімічні барвники, наприклад кумарин або родамін. Конфігурація молекул барвника визначає робочу довжину хвилі.
• Гази, наприклад, вуглекислий газ, аргон, криптон або суміші, такі як в гелій-неонових лазерах. Такі лазери найчастіше накачуються електричними розрядами.
• Тверді тіла, такі як кристали і скла. Такі матеріали зазвичай легується (активуються) добавкою невеликої кількості іонів хрому, неодиму, ербію або титану. Типові використовувані кристали: алюмо-ітрієві гранат (YAG), літієво-ітрієві фторид (YLF), сапфір (оксид алюмінію). Використовувані скла: фосфатні і силікатні. Найпоширеніші варіанти: Nd:YAG, титан-сапфір, хром-сапфір (відомий також як рубін), легований хромом стронцій — літій — алюмінієвий фторид (Cr:LiSAF), Er:YLF і Nd:glass (неодимове скло). Твердотільні лазери зазвичай накачуються імпульсними лампами або іншими лазерами.
• Напівпровідники. Матеріал, в якому перехід електронів між енергетичними рівнями може супроводжуватися випромінюванням. Напівпровідникові лазери дуже компактні, накачуються електричним струмом, що дозволяє використовувати їх в побутових пристроях, таких як програвачі компакт-дисків.

Оптичний резонатор

Оптичний резонатор, найпростішим видом якого є два паралельних дзеркала, знаходиться навколо робочого тіла лазера. Вимушене випромінювання робочого тіла відбивається дзеркалами назад і знову посилюється. Хвиля може відображатися багаторазово до моменту виходу назовні. У більш складних лазерах застосовуються чотири і більше дзеркал, які утворюють резонатор. Якість виготовлення і установки цих дзеркал є визначальним для якості отриманої лазерної системи.

У твердотільних лазерах дзеркала можуть формуватися на полірованих кінцях активного елементу. У газових лазерах і лазерах на барвниках — на кінцях колби з робочим тілом.

Для виходу випромінювання одне з дзеркал робиться напівпрозорим.

Додаткові пристрої

Також в лазерній системі можуть монтуватися додаткові пристрої для отримання різних ефектів таких, як обертаючі дзеркала, модулятори, фільтри та поглиначі. Їх застосування дозволяє змінювати параметри випромінювання лазера, наприклад, довжину хвилі, тривалість імпульсів і т. і.

Див. також

• Лазер
• Види лазерів
• Лазерні матеріали
• Лазери надкоротких імпульсів