تولید پرتوی لیزر

برای تولید پرتوی لیزر اتم ها را به گسیل القایی وا می دارند. اگر برای اتمی سه تراز درگیر (به صورت شکل  مقابل) در نظر بگیریم. E_٠ ترازی است كه الكترون ها در حالت پایه قرار دارند و E_٢ ترازی است كه الكترون ها وقتی در آن قرار می گیرند حالت برانگیختگی را برای اتم ایجاد می كنند و به سرعت به تراز پایین تر انتقال می یابند.

E_١ ترازی است كه الكترون ها وقتی در آن قرار می گیرند برای مدتی به تراز پایین تر نمی روند به عبارتی E_١ تراز شبه پایدار است.

در این شرایط اگر فوتونی با انرژی  ٢ را به اتم بتابانیم الكترون از تراز E_٠ به تراز E_٢ می رود (كه یك حالت برانگیخته است) و باید پس از مدت بسیار كوتاهی به تراز پایین تر و پایدارتری برود. البته ممكن است به تراز E_٠ برود یا این كه به تراز E_١ نقل مكان كند.

تقریباً در چنین شرایطی نیمی از اتم هایِ برانگیخته حالت E_١ و نیمی دیگر حالت E_٠ را انتخاب می كنند. حال اگر مجدداً فوتون ٢ تابیده شود الكترون های موجود در تراز E_٠ به تراز E_٢ می روند كه در برگشت نیمی از آن ها به تراز E_١ و نیمی به تراز E_٠ خواهند رفت.

اگر بارها این كار تكرار شود الكترون اكثر اتم ها در حالت E_١ یعنی تراز شبه پایدار قرار می گیرند، به عبارتی اكثر اتم ها (و الكترون های آن) آماده گسیل القایی می شوند.

حال اگر فوتونی با انرژی به یكی از اتم ها برخورد كند آن اتم دو فوتون با انرژی ١ گسیل می كند كه خود آن ها در برخورد با اتم های دیگر چهار اتم را به گسیل القایی وا می دارند و این چنین 8 فوتون با انرژی ١ گسیل می شود و بعد از مدتی تعداد بسیار زیادی فوتون با انرژی ١ گسیل می شود.

برای درك بهتر این موضوع می توان آن را به ریزش بهمن تشبیه نمود. بعد از تجمع بیش از اندازه برف روی یك شیب مناسب (همانند تجمع الكترون ها روی تراز E_١ ، البته تراز E_٠ مثل شیب صفر درجه و E_٢ مثل شیب تقریباً ٩٠ درجه است كه هیچ كدام مناسب ریزش بهمن نیستند). شرایط برای ریزش بهمن آماده می شود.

برف ها تحت جاذبه گرانش زمین هستند ولی همچنان در مقابل سرخوردن مقاومت می كنند تا اینكه یك تحریك خارجی (صدا، لرزه و یا ضربه …) به قسمت كوچكی از برف، آن را به حركت در می آورد و آن برف با ضربه ایی كه به برف های سر راه خود وارد می كند آنها را نیز به حركت درآورده و بعد از مدتی برفِ بسیار زیادی به سمت پایین سرازیر می شود.

حال برگردیم به بحث خودمان و ببینیم كه بعد از تولید فوتون های زیاد، این فوتون ها چگونه به طور موازی (همانند شكل سمت راست) از دستگاه خارج می شوند.

همان طور كه در شكل زیر می بینید (مربوط به لیزر هلیوم نئون است) آینه ایی با 95% بازتابش در جلو و آینه ای با ١٠٠ % بازتابش در عقب محفظه ایی كه اتم های گاز آن در حال گسیل القایی هستند، قرار دارد.

فوتون هایی كه موازیِ محورِ دو آینه نباشد خارج شده و فوتون هایِ موازی بارها توسط این دو آینه بازتاب می شوند و بدین ترتیب پرتوی خروجی یك پرتوی موازی خواهد بود و چون بسامد تمام فوتون های تولید شده یكسان است پرتوی خروجی تك بسامد (تك رنگ) می باشد. این دو مشخصه مهم از پرتوی لیزر است یعنی:

با توجه به نوع ماده دستگاه لیزر (ماده ایی كه قرار است اتم های آن گسیل القایی انجام دهند) لیزرها به انواع مختلفی تقسیم می شوند كه در شكل زیر چند نوع آن را می بینید.

توان خروجی لیزرها نیز متفاوت است كه كاربردهای متفاوتی را برای ما به ارمغان آورده اند (مثل دستگاه های پزشكی و صنعتی و موارد تزییناتی).

در شكل های زیر چند مورد از كاربردهای آن را می بینید.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا