レーザーの構造と動作原理。 「3レベルスキーム」に従って動作する光ポンピング量子デバイス

可視光および赤外線の範囲で放射する量子発生器はレーザーと呼ばれます。 「レーザー」という言葉は、「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」という表現の略語であり、量子の誘導放出、または誘導放出と呼ばれることもあるその結果としての光の増幅を意味します。

レーザー装置

一般的なレーザーは、レーザー活性媒体、「ポンピング」システム、つまり電圧源、および光キャビティで構成されます。

ポンピング システムは、レーザー媒質の原子または分子にエネルギーを伝達し、励起された「準安定状態」に入る機会を与え、反転分布を引き起こします。

· 光ポンピングは、キセノンガスを充填したフラッシュランプやその他のレーザーなどの光源から提供される光子を使用して、エネルギーをレーザー物質に伝達します。 光源は、レーザー材料の許容可能な遷移レベルに一致する光子を提供する必要があります。

· 衝突ポンピングは、レーザー物質の原子 (または分子) との衝突の結果としてレーザー物質へのエネルギーの伝達に基づいています。 同時に、許容される遷移に対応するエネルギーも提供する必要があります。 これは通常、チューブ内の純粋なガスまたは混合ガス中での放電を使用して行われます。

化学ポンプ システムは、その結果放出される結合エネルギーを使用します。 化学反応レーザー物質の準安定状態への遷移に使用されます。

光キャビティは、レーザーに望ましい力を与え、望ましい方向に移動する光子を選択するために必要です。 反転分布の準安定状態にある最初の原子または分子が誘導放出により放電すると、準安定状態にある他の原子または分子の放電が始まります。 光子がレーザー物質 (通常はロッドまたはチューブ) の壁に向かって移動すると、光子は失われ、増幅プロセスが中断されます。 それらはロッドまたはパイプの壁から反射される可能性がありますが、遅かれ早かれシステムから失われ、ビームの作成に寄与しなくなります。

一方、破壊された原子または分子の 1 つがレーザー物質の軸に平行な光子を放出すると、別の光子の放出が開始される可能性があり、それらは両方とも生成ロッドの端にあるミラーによって反射されます。またはチューブ。 反射された光子は物質を通過して戻り、まったく同じ経路に沿ってさらなる放射を開始し、レーザー物質の端にあるミラーによって再び反射されます。 この増幅プロセスが続く限り、増幅の一部は常に部分反射ミラーを通って出てきます。 このプロセスの利得がキャビティからの損失を超えると、レーザー発振が始まります。 したがって、狭くて集中したコヒーレント光のビームが形成されます。 レーザー光キャビティ内のミラーは、光線が軸に平行になるように正確に調整する必要があります。 光共振器自体、つまり 媒体の物質は光エネルギーを強く吸収してはなりません。

レーザー媒体 (レーザー材料) – レーザーは通常、使用されるレーザー物質の種類によって指定されます。 そのようなタイプは次の 4 つです。

固体,

染料、

半導体。

固体レーザーは、固体マトリックスに分散されたレーザー材料を使用します。 固体レーザーは、レーザー開発において独特の位置を占めています。 最初に実用化されたレーザー媒体はピンクのルビー結晶 (クロムがドープされたサファイア結晶) でした。 それ以来、「固体レーザー」という用語は、その活性媒体がイオン不純物がドープされた結晶であるレーザーを指すのに一般的に使用されています。 固体レーザーは、高出力エネルギーを生成できる大型でメンテナンスが容易なデバイスです。 固体レーザーの最も注目すべき点は、 出力電力通常は一定ではありませんが、次のもので構成されます 多数個々のパワーのピーク。

一例としては、ネオジム YAG レーザーがあります。 YAG という用語は、ネオジム イオンのキャリアとして機能する結晶、イットリウム アルミニウム ガーネットの略称です。 このレーザーは、波長 1,064 マイクロメートルの赤外線ビームを放射します。 さらに、エルビウム (Er:YAG レーザー) などの他のドーピング元素も使用できます。

ガスレーザーは、チューブ内のガスまたはガスの混合物を使用します。 ほとんどのガスレーザーはヘリウムとネオンの混合物 (HeNe) を使用し、一次出力信号は 6,328 nm (nm = 10-9 メートル)、可視赤色です。 このレーザーは 1961 年に初めて開発され、ガス レーザー シリーズ全体の先駆けとなりました。

全て ガスレーザーデザインと特性が非常に似ています。 たとえば、CO2 ガス レーザーは、スペクトルの遠赤外領域の 10.6 マイクロメートルの波長を放射します。 アルゴンおよびクリプトン ガス レーザーは複数の周波数で動作し、主にスペクトルの可視部分で発光します。 アルゴンレーザー放射の主な波長は 488 nm と 514 nm です。

色素レーザーは、溶液または懸濁液中の複雑な有機色素であるレーザー媒体を使用します。

これらのレーザーの最大の特徴は「適応性」です。 正しい選択染料とその濃度により、可視スペクトル内または可視スペクトルに近い幅広い波長にわたるレーザー光の生成が可能になります。 色素レーザーは通常、光励起システムを使用しますが、一部の種類の色素レーザーは化学励起を使用します。


半導体 (ダイオード) レーザー - 積み重ねられた 2 つの半導体材料層で構成されます。 レーザーダイオードは、図に示すように、半導体ロッドのバックラッシュから放射される光を増幅する光容量を備えた発光ダイオードです。 印加電流、温度、磁場を変更することで調整できます。

レーザー動作のさまざまな時間モードは、エネルギーが供給される周波数によって決まります。

連続波 (CW) レーザーは、一定の平均ビーム出力で動作します。

シングルパルスレーザーのパルス持続時間は通常、数百マイクロ秒から数ミリ秒の範囲です。 この動作モードは通常、ロング パルス モードまたはノーマル モードと呼ばれます。

シングルパルス Q スイッチ レーザーは、キャビティ内遅延 (Q スイッチ セル) の結果として得られ、レーザー媒体が最大の位置エネルギーを保持できるようにします。 次に、最も好ましい条件下では、通常 10 ～ 8 秒の時間間隔で単一パルスが放射されます。 これらのパルスのピーク電力は高く、多くの場合 106 ～ 109 ワットの範囲にあります。

パルスパルスレーザーまたはスキャニングレーザーは、原理的にはパルスレーザーと同じように動作しますが、パルス周波数は固定（または可変）であり、1 秒あたり数パルスから 1 秒あたり数パルスまで変化します。 非常に重要な 1秒あたり20,000パルスとか。

レーザーの動作原理

物理的根拠レーザーの動作は、強制（誘導）放射現象によって行われます。 この現象の本質は、励起された原子が、別の光子のエネルギーがその前後の原子準位のエネルギーの差に等しい場合、吸収されることなく、別の光子の影響下で光子を放出できるということです。放射線。 この場合、放出された光子は、放射を引き起こした光子とコヒーレントです (それはその「正確なコピー」です)。 このようにして光が増幅されます。 この現象は、放出された光子の伝播方向、偏光、位相がランダムである自然放出とは異なります。

ランダムな光子が励起された原子から誘導放出を引き起こす確率は、非励起状態の原子によるこの光子の吸収の確率とまったく同じです。 したがって、光を増幅するには、媒質中に励起されていない原子よりも多くの励起された原子が存在する必要があります（いわゆる反転分布）。 熱力学的平衡状態では、この条件は満たされないため、レーザー活性媒体をポンピングするためのさまざまなシステム (光学、電気、化学など) が使用されます。

主な発生源は自然放出のプロセスであるため、光子の生成の連続性を確保するには、放出された光子がその後の誘導放出作用を引き起こす正のフィードバックの存在が必要です。 これを行うには、レーザー活性媒体を光キャビティ内に配置します。 最も単純なケースでは、それは 2 つのミラーで構成され、そのうちの 1 つは半透明であり、それを通してレーザービームが部分的に共振器から出ます。 ミラーで反射した放射ビームは共振器を繰り返し通過し、共振器内に誘導遷移を引き起こします。 放射線は連続的またはパルス的のいずれかです。 同時に、さまざまなデバイス (回転プリズム、カー セルなど) を使用してフィードバックをすばやくオフおよびオンにし、それによってパルスの周期を短縮することで、非常に高出力の放射線を生成する条件を作り出すことができます (いわゆるジャイアントパルス）。 このレーザー動作モードは Q スイッチ モードと呼ばれます。

レーザーによって生成される放射線は単色 (1 つまたは離散的な波長のセット) です。これは、スペクトル線の広がりに関連して、特定の波長の光子が放出される確率が、近くにある光子の放出確率よりも高いためです。したがって、この周波数で誘発される遷移の確率にも最大値があります。 したがって、生成プロセス中に徐々に、特定の波長の光子が他のすべての光子よりも優勢になります。 さらに、ミラーの特別な配置により、共振器の光軸から短い距離で共振器の光軸に平行な方向に伝播する光子のみがレーザービーム内に保持され、残りの光子はすぐに共振器ボリュームから出ます。 したがって、レーザービームの発散角は非常に小さくなります。 最後に、レーザービームは厳密に定義された偏光を持ちます。 これを行うには、さまざまなポラロイドを共振器内に導入します。たとえば、レーザー ビームの伝播方向に対してブリュースター角で設置された平らなガラス プレートを使用します。


レーザーの応用

レーザー量子発生器放射線

レーザーはその発明以来、「まだ未知の問題に対するすぐに解決できる解決策」としての地位を確立してきました。 レーザー放射の独特な特性により、レーザー放射は科学技術の多くの分野だけでなく、日常生活 (CD プレーヤー、レーザー プリンター、バーコード リーダー、レーザー ポインターなど) でも広く使用されています。 産業界では、レーザーは、材料で作られた部品の切断、溶接、はんだ付けに使用されます。 さまざまな素材. 熱放射線を利用すると、従来の方法では溶接できなかった材料（セラミックや金属など）を溶接できます。 レーザービームは直径がミクロンオーダーの点に集束できるため、マイクロエレクトロニクス（いわゆるレーザースクライビング）での使用が可能になります。 レーザーは、耐摩耗性を高めるために材料の表面コーティング (レーザー合金化、レーザー表面仕上げ、真空レーザー蒸着) を得るために使用されます。 工業デザインのレーザーマーキングや、さまざまな素材で作られた製品の彫刻も広く使用されています。 材料のレーザー加工中、材料には機械的な影響がないため、わずかな変形のみが発生します。 さらに、すべて 技術的プロセス完全に自動化することができます。 このため、レーザー加工は高精度で生産性が高いのが特徴です。

ヒューレット・パッカード製プリンターの画像生成部に使用される半導体レーザー。

ホログラフィーではレーザーを使用してホログラム自体を作成し、ホログラフィックの 3 次元画像を取得します。 色素レーザーなどの一部のレーザーは、ほぼすべての波長の単色光を生成でき、放射パルスは 10-16 秒に達するため、非常に大きな出力になります (いわゆるジャイアント パルス)。 これらの特性は、分光法や非線形光学効果の研究に使用されます。 レーザーを使用すると、月までの距離を数センチメートルの精度で測定することができました。 宇宙物体のレーザー測距は、天文定数の値を明らかにし、宇宙航法システムの改良に貢献し、大気と惑星の表面の構造についてのアイデアを広げました。 太陽系。 大気の歪みを補正する補償光学系を備えた天体望遠鏡では、レーザーを使って大気の上層に人工の案内星を作ります。

超短レーザー パルスは、レーザー化学で化学反応を引き起こし、分析するために使用されます。 ここでは、レーザー照射により、正確な位置特定、投与量、絶対的な無菌性、およびシステムへの高速エネルギー入力を確保することが可能になります。 現在、さまざまなレーザー冷却システムが開発されており、レーザーを使用した制御された熱核融合の実現の可能性が検討されています（熱核反応分野の研究に最適なレーザーは、可視スペクトルの青色部分の波長を使用するレーザーです） ）。 レーザーは、誘導や照準補助などの軍事目的にも使用されます。 高出力レーザーをベースにした空、海、地上の戦闘防御システムを構築するオプションが検討されています。

医療では、レーザーは無血メスとして使用され、眼科疾患（白内障、網膜剥離、レーザー視力矯正など）の治療に使用されます。 これらは美容分野でも広く使用されています（レーザー脱毛、血管や色素沈着した皮膚の欠陥の治療、レーザーピーリング、入れ墨やシミの除去）。 現在、いわゆるレーザー通信が急速に発展しています。 通信チャネルの搬送周波数が高いほど、そのスループットが大きくなることが知られています。 したがって、無線通信はさらに短い波長に移行する傾向にあります。 光の波長は無線範囲の波長より平均して 6 桁短いため、レーザー放射ははるかに大量の情報を送信できます。 レーザー通信は、光ファイバーなどの開いた光ガイド構造と閉じた光ガイド構造の両方を通じて実行されます。 全反射現象により、光は実質的に弱まることなく、長距離にわたって伝播することができます。

日々の制作や、 科学活動。 長年にわたって、この「ツール」はますます改良され、同時にレーザーの範囲は継続的に拡大します。 レーザー技術の分野における研究のペースが加速することで、特性が大幅に改善された新しいタイプのレーザーを作成する可能性が開かれ、レーザーの応用分野を拡大することができます。




特に硬い材質だけでなく、脆性が増した材質にも対応します。 レーザードリルは強力であるだけでなく、非常に繊細な「道具」であることが判明しました。 例：アルミナセラミックスのチップ基板に穴を開ける際のレーザーの使用。 セラミックは非常に壊れやすいものです。 このため、チップ基板に機械的に穴を開けます...

レーザーは必然的に 3 つの主要コンポーネントで構成されます。

1) 活性媒体, 人口反転のある状態が作成されます。

2) システムポンピング− 活性媒体内で反転を生成するための装置。

3) 光学的レゾネーターについて− 光子ビームの方向を形作る装置。

さらに、光共振器はレーザー放射を複数増幅するように設計されています。

現在は アクティブ （働く） 環境 レーザーは、固体、液体、気体、プラズマなど、物質のさまざまな集合状態を使用します。

レーザー環境の逆人口を作成するには、さまざまな ポンピング方法 。 レーザーは連続的に励起することも、パルス的に励起することもできます。 長期（連続）モードでは、活性媒体に導入されるポンプパワーは、活性媒体の過熱および関連現象によって制限されます。 シングルパルスモードでは、連続モードでの同じ時間よりも大幅に多くのエネルギーを活性媒体に導入することができます。 これにより、単一パルスの出力が大きくなります。


レーザ他のすべての光源（白熱灯、 蛍光灯、炎、自然の発光体など）。 レーザービームには多くの注目すべき特性があります。 長距離にわたって広がり、方向は厳密に直線的です。 ビームは非常に狭いビーム内を移動します。 多少なりとも発散（数百メートルの焦点で月に到達します）。 レーザー光線は非常に高い熱を持ち、あらゆる素材に穴を開けることができます。 ビームの光の強度は、最も強い光源の強度よりも大きくなります。
ネームレーザー「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)」という英語のフレーズの略語です。 誘導放出を利用した光増幅。
すべてのレーザー システムは、使用される活性媒体の種類に応じてグループに分類できます。 最も重要なレーザーの種類は次のとおりです。

  • 固体の状態
  • 半導体
  • 液体
  • ガス
    活性媒体は、原子、分子、イオン、または結晶の集合体です ( 半導体レーザー）、光の影響下で強化特性を獲得することができます。

    したがって、各原子には個別のエネルギー準位のセットがあります。 基底状態（エネルギーが最小の状態）にある原子の電子は、光量子を吸収すると、より高いエネルギー準位に移動します。原子は励起されます。 光量子が放出されると、その逆のことが起こります。 さらに、光の放出、つまりより低いエネルギーレベルへの遷移（図1b）は、自発的に（自然発生的に）、または外部放射線の影響下で（強制的に）発生する可能性があります（図1c）。 さらに、自然放射線の量子がランダムな方向に放出される場合、誘導放射線の量子は、この放射線を引き起こした量子と同じ方向に放出されます。つまり、両方の量子は完全に同一です。

    図1 レーザー光の種類

    エネルギー放出が起こる遷移（より高いエネルギー準位からより低いエネルギー準位への遷移）が普及するには、励起された原子または分子の濃度を増加させる（反転分布を引き起こす）必要があります。 これにより、物質に入射する光が増加します。 エネルギー準位の逆分布が生じている物質の状態を活性といい、そのような物質からなる媒体を活性媒体といいます。

    レベルの逆母集団を作成するプロセスは、ポンピングと呼ばれます。 また、レーザーは励起方法（光、熱、化学、電気など）によってさらに分類されます。 ポンピング方法はレーザーの種類（固体、液体、気体、半導体など）によって異なります。
    ポンピングプロセスの主なタスクは、3 レベルレーザーの例を使用して考えることができます (図 2)。


    図2 3レベルレーザーの図

    エネルギー E1 を持つ下位のレーザー レベル I がシステムの主なエネルギー レベルであり、すべての活性原子が最初に位置するエネルギー レベルです。 ポンピングは原子を励起し、それに応じてエネルギー E3 で原子を基底準位 I から準位 III に移動させます。 レベル III にある原子は光量子を放出してレベル I に移動するか、すぐに上位のレーザー レベル II に移動します。 エネルギー E2 の上部レーザーレベル II で励起原子の蓄積が起こるためには、レベル III から II への原子の急速な緩和が必要であり、これは上部レーザーレベル II の減衰速度を超えなければなりません。 このようにして作成された反転分布は、放射線が増幅される条件を提供します。

    ただし、生成が行われるためには、依然として次のことを保証する必要があります。 フィードバックつまり、誘導放出が一度発生すると、新たな誘導放出行為が引き起こされるということです。 このようなプロセスを作成するには、活性媒体を光共振器内に配置します。

    光共振器は 2 つのミラーからなるシステムであり、その間に活性媒体が配置されています (図 3)。 それは、増幅媒体を通ってその軸に沿って伝播する光波の複数の起点を提供し、その結果として高い放射パワーが達成されます。


    図3 レーザーの図

    特定の出力に達すると、放射線は半透明のミラーを通って出ます。 共振器の軸に平行な量子の部分のみの生成の開発に参加しているため、効率が向上します。 レーザーは通常 1% を超えません。 場合によっては、特定の特性や効率が犠牲になります。 30%まで増やすことができます。

    • この図は次のことを示しています。 1 - 活性媒体。 2 - レーザーポンプエネルギー。 3 - 不透明なミラー。 4 - 半透明のミラー。 5 - レーザービーム。

    すべてのレーザーは 3 つの主要部分で構成されています。

      アクティブな（作業）環境。

      ポンプシステム（エネルギー源）。

      光共振器 (レーザーが増幅器モードで動作する場合は存在しない可能性があります)。

    それぞれの機能により、レーザーがその特定の機能を確実に実行できるようになります。

    アクティブな環境

    現在、固体、液体、気体、プラズマなど、物質のさまざまな集合状態がレーザーの作動媒体として使用されています。 通常の状態では、励起エネルギー準位にある原子の数はボルツマン分布によって決まります。

    ここ N- エネルギーを持って励起状態にある原子の数 E, N 0 - 基底状態の原子の数、 k- ボルツマン定数、 T- 環境温度。 言い換えれば、励起状態にはそのような原子の数が基底状態よりも少ないため、媒質中を伝播する光子が誘導放出を引き起こす確率も、その吸収の確率に比べて小さいということです。 したがって、物質を通過する電磁波は原子を励起するためにエネルギーを消費し、放射強度はブーゲーの法則に従って減少します。

    ここ 私 0 - 初期強度、 私 l は距離を伝わる放射線の強度です 私物質的には ある 1 は物質の吸収率です。 依存性は指数関数的であるため、放射線は非常に早く吸収されます。

    励起原子の数が非励起原子よりも多い場合（つまり、反転分布状態）、状況はまったく逆になります。 誘導放出の行為は吸収よりも優先され、放射線は法則に従って増加します。

    どこ ある 2 - 量子ゲイン係数。 実際のレーザーでは、誘導放出によって受け取ったエネルギー量が共振器内で失われたエネルギー量と等しくなるまで増幅が発生します。 これらの損失は、作動物質の準安定準位の飽和に関連しており、その後ポンピング エネルギーはそれを加熱するためにのみ使用されます。また、他の多くの要因 (媒体の不均一性による散乱、不純物による吸収、反射鏡の不完全性、環境への有用な放射線と不要な放射線など）。

    ポンプシステム

    レーザー環境で反転分布を生成するには、さまざまなメカニズムが使用されます。 固体レーザーでは、クラクションは、強力なガス放電フラッシュランプ、集光された太陽放射 (いわゆる光ポンピング)、および他のレーザー (特に半導体レーザー) からの放射によって発生します。 この場合、非常に高いポンピングエネルギー密度が必要とされるため、動作はパルスモードでのみ可能であり、長時間の曝露により作動物質ロッドの強い加熱と破壊を引き起こす。 気体および液体レーザーは放電ポンピングを使用します。 このようなレーザーは連続モードで動作します。 ポンピング 化学レーザー活性媒体中での化学反応の発生によって起こります。 この場合、反転分布は反応​​生成物内で直接発生するか、適切なエネルギー準位構造を持つ特別に導入された不純物内で発生します。 半導体レーザーのポンピングは、電子ビームだけでなく、p-n 接合を通る強い順電流の影響下で発生します。 他のポンピング方法もあります（予熱されたガスの急冷を伴うガスダイナミック、光解離、化学ポンピングの特殊なケースなど）。

    図中: レーザー活性媒体の a - 3 レベルおよび b - 4 レベルのポンピング回路。

    作動媒体をポンピングするための古典的な 3 レベル システムは、たとえばルビー レーザーで使用されます。 ルビーは、レーザー放射源となる少量のクロムイオン Cr 3+ がドープされたコランダム結晶 Al 2 O 3 です。 コランダム結晶格子の電場の影響により、クロムの外部エネルギー準位は E 2 は分割されます (スターク効果を参照)。 これにより、非単色放射をポンピングとして使用できるようになります。 この場合、原子はエネルギーを持って基底状態から遷移します。 E 0 でエネルギーに興奮している E 2. 原子は比較的短い時間 (約 10-8 秒) の間この状態に留まることができ、その準位への非放射遷移はほぼ即座に起こります。 E 1、原子が非常に長い時間 (最大 10 -3 秒) 留まることができる、これはいわゆる準安定レベルです。 他のランダムな光子の影響下で誘導放射線が発生する可能性があります。 準安定状態の原子の数が主状態の原子より多くなるとすぐに、生成プロセスが開始されます。

    レベルから直接ポンピングを使用してクロム原子 Cr の反転分布を作成することに注意してください。 Eレベルごとに 0 E 1は無理です。 これは、吸収と誘導放出が 2 つのレベル間で発生する場合、両方のプロセスが同じ速度で発生するという事実によるものです。 したがって、この場合、ポンピングでは 2 つのレベルの集団を均等化することしかできず、これではレーザー発振が発生するには十分ではありません。

    一部のレーザー、例えばネオジム Nd 3+ イオンを使用して放射が生成されるネオジム レーザーは、4 レベルのポンピング方式を使用します。 ここは準安定の間 E 2とメインレベル E 0 中級レベルの作業レベルがあります E 1. 誘導放出は、原子が準位間を遷移するときに発生します。 E 2と E 1. このスキームの利点は、この場合、上位動作レベルの寿命が ( E 2) 下位レベルの寿命よりも数桁長い ( E 1)。 これにより、ポンプ源の要件が大幅に軽減されます。 さらに、このようなスキームにより、連続モードで動作する高出力レーザーを作成することが可能になり、これは一部の用途にとって非常に重要です。 しかし、このようなレーザーには、量子効率が低いという重大な欠点があります。量子効率は、吸収されたポンプ光子のエネルギーに対する放出光子のエネルギーの比 (η quantum = hν 放射 / hν ポンプ) として定義されます。

    今ではその言葉を聞いたことのない人を見つけるのは困難です "レーザ"しかし、それが何であるかを明確に理解している人はほとんどいません。

    レーザーの発明から半世紀 他の種類医療からデジタル技術まで​​幅広い分野で応用されています。 では、レーザーとは何ですか、その動作原理は何で、何のためにあるのでしょうか?

    レーザーとは何ですか?

    レーザーの存在の可能性は、電子が特定の長さの光量子を放出する可能性について述べた論文を 1917 年に発表したアルバート アインシュタインによって予測されました。 この現象は誘導放出と呼ばれていましたが、長い間技術的に実現不可能と考えられていました。

    しかし、技術的および技術的能力の発展により、レーザーの作成は時間の問題になりました。 1954年、ソ連の科学者N.バソフとA.プロホロフは ノーベル賞アンモニアを動力源とする最初のマイクロ波発生器であるメーザーの作成に貢献しました。 そして 1960 年にアメリカ人の T. マイマンは、彼がレーザー (放射線の誘導放出による光増幅) と呼んだ最初の光ビームの量子発生器を製造しました。 このデバイスはエネルギーを狭指向性の光放射、すなわち、に変換します。 光線、高濃度の光量子（フォトン）の流れ。

    レーザーの動作原理

    レーザーの動作の基礎となる現象は、媒体の強制または誘導放射と呼ばれます。 特定の物質の原子は他の光子の影響下で光子を放出することができ、影響を与える光子のエネルギーは、他の光子のエネルギーとの差に等しくなければなりません。 エネルギーレベル放射線の前後の原子。

    放出された光子は、放射線を引き起こした光子とコヒーレントです。 まさに最初の光子と同じです。 その結果、媒体内の弱い光の流れが、無秩序ではなく、一定の方向に増幅されます。 レーザーと呼ばれる誘導放射線のビームが形成されます。

    レーザー分類

    レーザーの性質と特性が研究されるにつれて、さまざまな種類のこれらの光線が発見されました。 初期物質の状態に応じて、レーザーは次のようになります。

    • ガス;
    • 液体;
    • 固体の状態;
    • 自由電子について。



    現在、レーザービームを生成するためにいくつかの方法が開発されています。

    • ガス環境での電気グローまたはアーク放電の使用 - ガス放電。
    • 高温ガスの膨張と反転分布の作成を使用する - ガス動的。
    • 中間ダイオードまたは注入を励起して半導体に電流を流すことによって。
    • フラッシュランプ、LED、その他のレーザーなどによる媒体の光ポンピングによる。
    • 媒体の電子ビームポンピングによる。
    • 放射線が原子炉から出るときの核ポンピング。
    • 特殊な化学反応、化学レーザーを使用します。

    それぞれに独自の特徴と違いがあり、さまざまな産業分野で使用されています。

    レーザーの実用化

    今日のレーザー 他の種類数十の産業、医療、IT技術、その他の活動分野で使用されています。 彼らの協力により、次のことが実行されます。

    • 金属、プラスチック、その他の材料の切断と溶接。
    • 製品の表面に画像、刻印、マーキングを施す。
    • 極細穴の穴あけ、半導体結晶部品の精密加工。
    • スプレー、表面仕上げ、表面合金化などによる製品コーティングの形成。
    • グラスファイバーを使用した情報パケットの送信。
    • 外科手術やその他の治療的介入を行う。
    • 皮膚の若返り、欠陥形成の除去などのための美容処置。
    • ターゲティング さまざまな種類小火器からミサイルまでの武器。
    • ホログラフィック手法の作成と使用。
    • さまざまな研究活動への応用。
    • 距離、座標、作動媒体の密度、流速、その他多くのパラメータの測定。
    • 化学反応を起こしてさまざまな技術プロセスを実行します。



    レーザーがすでに使用されている、または近い将来に応用される分野はさらに多くあります。