לייזר – הבדלי גרסאות

[[קובץ:Bohr atom model Hebrew.svg|ממוזער|366x366 פיקסלים|איור 1: בתמונה ניתן לראות אטום בעל 3 מסלולים מותרים לאלקטרונים. האלקטרון (ירוק), לאחר שעלה מרמה 1 לרמה 2, נופל בחזרה לרמה 1 ולכן נפלט החוצה פוטון בעל אנרגיה של <math>E_2-E_1</math>]]

האנרגיה אותה מכיל פוטון נקבעת לפי התדירות שלו. כיוון שפוטון הוא חלקיק של אור, אור בתדרים שונים יהיה מורכב מפוטונים בעלי אנרגיה שונה.

 

אנרגיה של פוטון ניתנת על ידי:

 

h – [[קבוע פלנק|קבוע פלאנק]]

 

את אורך הגל של הפוטון ניתן למצוא לפי המשוואה

 

c – [[מהירות האור]] (299,792,458 מטרים לשנייה)

 

התהליך המתואר באיור 1, בו אלקטרון נופל בין רמות אנרגיה ופולט פוטון נקרא "[[פליטה ספונטנית]]".

בבניית לייזר משתמשים בשני רכיבים – חומר מגביר שינצל את אפקט הפליטה המאולצת כדי להגביר אור, ומהוד אופטי שיגרום לאור ללכת הלוך וחזור בתוך אותו חומר מגביר. בצורה כזאת נוכל להגביר את האור שבידינו שוב ושוב עד שיגיע לרמה מקסימלית.

 

;חומר מגביר

{{ערך מורחב|מגבר אופטי}}

כאשר נשגר פוטון בודד לתוך בחומר, תיווצר תגובת שרשרת כמו זו שתארה למעלה, ונקבל במוצא מפולת של פוטונים שכולם זהים.

 

;מהוד

{{ערך מורחב|ערך=[[מהוד פברי פרו|מהוד פברי־פרו]]}}

כדי להבטיח שהאפקט יעבוד, נרצה נפילה מהירה מ<math>E_3 </math> ל-<math>E_2 </math> . במילים אחרות נוכל לומר כי הזמן הממוצע שהאלקטרון שוהה ברמה 3 לפני שנופל לרמה 2 – לזמן זה אנו קוראים <math>\tau_3 </math> ''-'' הוא קצר מאוד.

 

[[קובץ:Population-inversion-3level.png|ממוזער|350x350 פיקסלים|איור 4: מערכת שלוש רמות. החץ הכחול מתאר את האלקטרונים אותם אנו מעלים (בצורה מלאכותית) מרמה 1 לרמה 3. החץ הירוק מתאר את הנפילה המהירה של האלקטרונים מרמה 3 לרמה 2. ברמה 2 האלקטרונים שוהים זמן רב יחסית, עד שיבוא פוטון ו"יאלץ" אותם ליפול בחזרה לרמה 1, כפי שמתואר בחץ האדום.]]

הבעיה בלייזר 3 רמות היא ש־<math>E_1 </math> היא רמת היסוד השופעת באלקטרונים, ולכן כדי לקיים את התנאי <math>\Delta N > 0 </math> עלינו להשקיע אנרגיה רבה.

 

כיוון שבמצב יציב אין ברמה 2 אלקטרונים כלל, אנו נצטרך להשקיע אך כמות קטנה של אנרגיה כדי לקיים את התנאי

 

[[קובץ:Population-inversion-4level-hu.png|ממוזער|350x350 פיקסלים|איור 5: לייזר ארבע רמות. החץ הכחול מתאר את האלקטרונים אותם אנו מעלים (בצורה מלאכותית) מרמה 1 לרמה 4. החץ הירוק העליון מתאר את הנפילה המהירה של האלקטרונים מרמה 4 לרמה 3. ברמה 3 האלקטרונים שוהים זמן רב יחסית, עד שיבוא פוטון ויאלץ אותם ליפול לרמה 2, כפי שמתאר החץ האדום. החץ הירוק התחתון שוב מתאר נפילה מהירה, הפעם של אלקטרונים מרמה 2 בחזרה לרמה 1. בניגוד למקרה הקודם <math>N_2</math>, המייצג את צפיפות האלקטרונים ברמה 2 הוא מספר קטן מאוד ולכן הרבה יותר קל לייצר היפוך אולוסייה.]]