レーザーはどのように生成されますか？

レーザ20世紀の大きな発明であり、最も速いナイフ、最も正確な定規で、最も明るい光と呼ばれます。レーザー（放射線の刺激放出による光増幅）は、刺激された放射光増幅を意味し、の原理を説明しますレーザー生成。次に、レーザーの生成方法を見てみましょう。

レーザーの理論的基礎

刺激放射の理論は、1917年にアインシュタインによって提案されたレーザー生成の基礎です。レーザーゲイン培地には2つのエネルギーレベルS1とS2があり、これは低エネルギー状態と上部エネルギー状態に対応します。それぞれレーザー遷移の。エネルギー差E2 – E1はHνに等しくなります。システムがエネルギーレベルS1にあり、エネルギーhνで光子によって照射されると、光子を吸収してエネルギーレベルS2に移行する確率があります。このプロセスは、刺激吸収と呼ばれます。システムがエネルギーレベルS2にある場合、エネルギーレベルS1にジャンプして蛍光光子hνを放出する確率があります。このプロセスは、自然発光と呼ばれます。システムがエネルギーレベルS2にあり、Hνを照射する場合、入射光子と同じ周波数、フェーズ1、伝播方向の光子を放出する確率があります。このプロセスは、刺激放射と呼ばれます。 S2エネルギーレベルに多数の分子を含むこのようなゲイン培地が2つの反対の平行ミラーの間に配置されている場合、ミラーに垂直ないくつかの蛍光光子を刺激放射によって増幅して自己励起振動を形成し、したがってレーザー光を放出できます。共振空洞の左端にある光学要素は、一定の透過率を持つ反射表面に相当する出力カプラーと呼ばれ、共振空洞のレーザーの出口です。

レーザー生成の鍵

一般的に、刺激された放射線は非常に弱いため、観察することは困難であり、それを使用してレーザーを生成することは言うまでもない。物質が熱平衡状態にある場合、エネルギーレベルでの分子の分布はボルツマン分布に従います。低エネルギー状態S1の粒子N1の数は、上部エネルギー状態S2の粒子N2の数よりもはるかに大きく、Hν光子の吸収は刺激放射線のそれよりもはるかに大きいため、光信号を実現することは不可能です巨視的に。レーザー生成の鍵は、粒子数の反転にあり、n2> n1です。現在、レーザーが機能する場合、特定のエネルギーレベルで粒子数の反転を実現するために、適切な励起（ポンプ）方法を採用する必要があります。

染料レーザーを例にとると、このペーパーでは、粒子数の反転を実現する方法を紹介します。レーザーのゲイン培地は有機染料溶液です。一般的に使用される染料には、青とバイオレットバンドのクマリン、赤と黄色のバンドのローダミンなどが含まれます。有機染料のレーザー遷移は、主にS0およ​​びS1シングレット状態のエネルギーバンドで発生します。これら2つのエネルギーバンドは、溶液中の衝突の拡大により連続と見なすことができる多くの回転および振動エネルギーレベルで構成されています。レーザー生成の過程で、染料分子はポンプ光によって照射され、S0バンドの底部エネルギーレベルからS1バンドに移行し、その後、非放射、つまり、S1の底部エネルギーレベルに急速に移行します。レーザー遷移の上部エネルギー状態。レーザー遷移では、分子はS0エネルギーバンドの指定されたエネルギーレベルに移行し、光子を放出し、S0エネルギー帯域の底部エネルギーレベルに迅速に移行します。レーザー遷移の上部エネルギー状態S2の寿命は長く、S1の寿命は非常に短く、ポンプ光の作用下では、多数の分子が上部エネルギー状態S2に興奮しているため、集団の反転は可能です。実現してください。レーザー生成と同時に、染料分子はS1帯域生成システムの間を交差し、T1で長寿命のトリプレットシステムに入り、レーザーの効率に影響するレーザー遷移サイクルを離れます。したがって、色素レーザーが機能する場合、染料溶液をリサイクルする必要があります。

レーザーの波長

多くのレーザーには優れた単色性があります。つまり、出力光のスペクトル帯域幅は狭いです。レーザーの出力スペクトルが狭いかどうかは、次の要因に関連しています。まず第一に、レーザーゲイン培地とポンプモードは、どの波長バンド光子を増幅できるかを決定します。ガスレーザー、エキシマーレーザー、ND：YAGレーザーなどのゲインメディアは、エネルギーレベルがまばらでエネルギー分布が狭く、狭い線幅のあるレーザーを自然に生成します。第二に、レーザーの単色は共鳴空洞によって調整できます。優れた単色性のあるレーザーを生成する必要がある場合は、特定のスペクトルコンポーネントを増幅するために、共鳴空洞に異なるスペクトル成分の減衰を設定する必要があります。