レーザーはどのように製造されますか？

まず、光の放射について理解しましょう。光の放射には3種類の放射プロセスがあります。1つは自発的な放射です。1つは外光の励起下で高エネルギー状態の粒子が低エネルギー状態に遷移し、もう1つは刺激された放射です。高エネルギー状態の粒子。外光の励起下で低エネルギー状態に遷移します。3番目は刺激吸収です。低エネルギー状態の粒子は外光のエネルギーを吸収し、高エネルギー状態に遷移します。

自然放出の場合、2つの粒子が同時に高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移しても、それらが放出する光の位相、偏光状態、および放出方向が異なる場合がありますが、そうではありません。誘導放出。高エネルギー状態の場合外部光子の励起下で、粒子は低エネルギー状態に遷移し、周波数、位相、および偏光状態の点で外部光子とまったく同じ光を放出します。

1917年、アインシュタインは、プランクの黒体放射式を導出するときに、誘導放射の概念を最初に提案しました。彼は、レーザーの基礎である原子の誘導放出の可能性を理論的に予測しました。

レーザーでは、発生する放射線は誘導放出であり、それが放出するレーザー光は、周波数、位相、および偏光状態に関してまったく同じです。誘導光システムには、誘導放射と誘導吸収の両方があります。誘導放射が支配的である場合にのみ、外部光を増幅してレーザー光を放出できます。一般的な光源では、刺激吸収が支配的であり、粒子の平衡状態のみが破壊されます。レーザー光を放出するために、高エネルギー状態の粒子の数は、低エネルギー状態の粒子の数（これはイオン数反転と呼ばれます）よりも多くなります。
レーザー生成の3つの条件は、反転分布の達成、しきい値条件を満たすこと、および共振条件です。

1.反転分布：これは、誘導放出を生成するための主要な条件です。半導体では、価電子帯の電子を伝導帯に送り込む必要があります。イオン数の反転を得るために、PN接合は通常、高濃度にドープされたP型およびN型の材料から購入されます。このように、印加電圧の作用下で、イオン数の反転が接合領域の近く、つまり高いフェルミ準位で現れます。電子はEFCの下の伝導帯に蓄積され、正孔は低フェルミ準位EFVより上の価電子帯に蓄積されます。

2.閾値条件を満たす：反転分布を達成することはレーザー生成の必要条件ですが、それは十分条件ではありません。レーザー光を発生させるには、損失の非常に少ない共振空洞も必要です。共振空洞の主要部分は2つの平行なミラーです。活物質によって放出された刺激された放射は、2つのミラー間で前後に反射され、常に新しい刺激された放射線はそれを絶えず増幅させます。誘導放出増幅のゲインがレーザーのさまざまな損失よりも大きい場合、つまり特定のしきい値条件が満たされた場合にのみ、安定したレーザーを出力できます。

3.共振条件を満たします。レーザーはキャビティ内で前後に反射され、出力端での2つのビーム間の位相差のみ▽Φ=2qπ、q = 12.3.4 ......、出力端を強化干渉、安定したレーザー出力。共振空洞の長さがLであると仮定します。活性媒質の屈折率はNであり、f = qc / 2NLです。この式は共振条件と呼ばれます。これは、共振空洞の長さLと屈折率Nが決定された後、特定の周波数の光だけが光振動を形成し、安定したレーザー光を出力できることを示しています。
レーザーの構造：

通常、3つの部分が含まれます：作動媒体、励起源、共振空洞

1.作業媒体

レーザー光を生成するには、適切な作動媒体が必要です。レーザー光は、気体、液体、固体、または半導体です。この媒体では、人口を逆転させて、レーザー放射に必要な条件を作り出すことができます。現在、1000種類近くのレーザー加工媒体があり、放射できるレーザー波長は紫外線から遠赤外線まであります。

2.インセンティブソース

反転分布を作動媒体に出現させるためには、原子系全体を励起して高エネルギー準位の粒子数を増やすために、特定の方法を採用する必要があります。一般に、ガス放電法は、運動エネルギーを持つ電子を使用して媒体原子を励起します。これは電気励起と呼ばれます。パルス光源を使用して作動媒体を照射することもできます。これは光励起と呼ばれます。熱励起などの他の形式もあります。および化学励起。これらのインセンティブは、ポンピングまたはポンピングとして視覚化されます。レーザー出力を継続的に取得するには、粒子数を上限エネルギーレベルに維持するために継続的に「ポンピング」する必要があります。

3.共振空洞

適切な作動媒体と励起源を使用すると、反転分布が達成されますが、この方法で生成される誘導放出の強度は依然として非常に弱く、実際のアプリケーションでは使用できません。光共振器の役割は増幅することです。いわゆる光共振器は、実際には、レーザーの両端に向かい合って設置された高放射率の2つのミラーです。1つはほぼ完全に反射し、もう1つはほとんどの光を反射します。少量の光を透過してレーザー光を発生させます。このミラーを通して撮影できます。作動媒体に反射して戻ってきた光は、新しい誘導放出を誘発し続け、光は増幅されます。そのため、光は共振空洞内で前後に振動し、連鎖反応を引き起こし、それが雪崩のように連続的に増幅され、部分的に反射するミラーの一端から放出される強力なレーザー光が生成されます。