WorldodTech

- 3 -

Одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века было открытие физических явлений,послуживших основой для создания удивительного прибора-оптического квантового генератора,или лазера.

лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча.Само слово “лазер” составлено из первых букв английского словосочетания,означающего”усиление света в результате вынужденного излучения”.

Действительно, основной физический процесс, определяющий действие лазера, - это вынужденное испускание излучения. Оно происходит при взаимодействии фотона с возбужденным атомом при точном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (или молекулы)

В результате этого взаимодействия атом переходит в невозбужденное состояние, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией,как и у первичного фотона. Таким образом, следствием данного процесса является наличие уже двух абсолютно идентичных фотонов.При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами,аналогичными первому атому, может возникнуть “цепная реакция” размножения одинаковых фотонов,“летящих” абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлению

узконаправленного светового луча.Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда,в которой возбужденных атомов было бы больше,чем невозбужденных, поскольку при взаимодействии фотонов с невозбужденными атомами происходило бы поглощение фотонов.Такая среда

называется средой с инверсной населенностью уровней энергии.

Итак, кроме вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами происходят также процесс самопроизвольного, спонтанного испускания фотонов при переходе возбужденными атомами в невозбужденное состояние и процесс поглощения фотонов при переходе атомов из невозбужденного состояния в возбужденное. Эти три процесса, сопровождающие переходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы А. Эйнштейном

в 1916 г.

Если число возбужденных атомов велико и существует инверсная выделенность

уровней (в верхнем, возбужденном состоянии атомов больше,чем в нижнем,

невозбужденном), то первый же фотон, родившийся в результате спонтанного излучения, вызовет всенарастающую лавину появления идентичных фотонов. Произойдет усиление спонтанного излучения.

На возможность усиления света в среде с инверсной населенностью за счет вынужденного испускания впервые указал в 1939 г. советский физик

В.А.Фабрикант, предложивший создавать инверсную населенность в электрическом разряде в газе.

При одновременном рождении ( принципиально это возможно) большого числа спонтанно испущенных фотонов возникнет большое число лавин, каждая из которых будет распространяться в своем направлении, заданном первоначальным фотоном соответствующей лавины. В результате мы получим потоки квантов света ,но не сможем получить ни направленного луча, ни высокой монохроматичности, так как каждая лавина инициировалась

- 4 -

собственным первоначальным фотоном. Для того чтобы среду с инверсной населенностью можно было использовать для генерации лазерного луча,

т. е. направленного луча с высокой монохроматичностью, необходимо “снимать” инверсную населенность с помощью первичных фотонов, уже обладающих одной и той же энергией ,совпадающей с энергией данного

перехода в атоме. В этом случае мы будем иметь лазерный усилитель света.

Существует, однако, и другой вариант получения лазерного луча, связанный с использованием системы обратной связи. Спонтанно родивши- еся фотоны, направление распространения которых не перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины фотонов, выходящие за пределы среды. В то же время фотоны, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины, многократно усиливающиеся в среде вследствие многократного отражения от зеркал. Если одно из зеркал будет обладать небольшим пропусканием, то через него будет выходить