Генераторы когерентного света

Слово лазер является аббревиатурой выражения “Light amplification by stimulated of radiation”, что означает “усиление света в результате индуцированного (вынужденного) излучения фотонов.

Возможность существования процессов вынужденного излучения, являющихся основой лазерной техники, была предсказана в 1916.г Эйнштейном. Он предположил, что помимо известных в то время процессов поглощения и спонтанного излучения должен существовать процесс испускания резонансного кванта, в результате которого квант света (фотон), взаимодействуя с резонансно-возбужденным атомом или молекулой, может создать квант, подобный себе. Эйнштейн уточнил формулу Планка, исходя из квантово-механических представлений, и предсказал таким образом принципиальную возможность усиления света при его прохождении через среду с резонансным возбуждением.

Первое экспериментальное подтверждение возможности усиления света было получено в 30-х годах советским физиком В. А. Фабрикантом. В 1953 г. советские физики А. М. Прохоров и Н. Г. Басов построили первый лазер, за что получили нобелевскую премию.

В квантовой электронике мы имеем дело не с одним атомом (молекулой), а с большим их числом, т.е. с некоторым ансамблем частиц. Частицы, входящие в состав ансамбля, непрерывно взаимодействуют между собой, что приводит к вполне определенному распределению их по энергиям. Распределение частиц по энергиям при термодинамическом равновесии подчиняется закону Больцмана, согласно которому вероятность пребывания атома в состоянии и с энергией E_n (т.е. вероятность нахождения на n-ом энергетическом уровне) равна

,

где С – константа, Т – абсолютная температура, k – постоянная Больцмана. Из общего числа частиц ансамбля N₀ на уровне n находятся :

. (11.1)

Отношение числа частиц, пребывающих в состоянии m с энергией E_m , к числу частиц в состоянии n с энергией E_n , равно

(11.2)

где g_m и g_n - статистические веса состояний m и n.

Из (11.1) и (11.2) следует, что при термодинамическом равновесии число частиц, находящихся на верхнем энергетическом уровне, оказывается значительно меньше, чем на нижнем, причем, чем выше располагается энергетический уровень, тем меньше находится на нем частиц.