Как действует лазер

В основе действия лазеров лежит тот же принцип, по которому работали ранее созданные мазеры. По этой причине лазеры получили еще одно название — оптический мазер. Особенность действия обоих приборов в вынужденном излучении избыточной энергии под воздействием внешних условий.

Свет — это одна из форм движущейся материи. В его состав входят сгустки энергии — кванты. Атомы всех веществ способны излучать или поглощать свет, испуская или захватывая цельные кванты. С долями квантов атомы могут взаимодействовать только при соблюдении особых условий. Длина волны излучения, а значит, и его цвет зависит от энергии кванта.

Атомы одного химического элемента, имеющие одинаковую природу, способны поглощать или излучать кванты конкретной длины. Примером могут служить газоразрядные лампы с однородным (например, неоновым) наполнением.

При излучении кванта атом расходует энергию, при поглощении, наоборот, приобретает ее. Атом может быть в основном дискретном состоянии (с минимальной энергией) либо в возбужденном. Переход атома в возбужденное состояние происходит при поглощении кванта света, при его излучении наблюдается обратная реакция.

Количество атомов, совершающих переходы из основного в возбужденное состояние или наоборот, зависит от количества квантов, находящихся в непосредственной близости.

Под воздействием света атомы вынуждены участвовать в энергетических переходах, поэтому процессы поглощения и излучения энергии получили название вынужденных. Вынужденное поглощение уменьшает количество квантов, снижая интенсивность света и увеличивая энергию атомов. Лазерный эффект возникает в том случае, если атомы, попадая в освещение, начинают под воздействием каких-либо условий излучать больше квантов, чем поглощать, то есть свет усиливается под воздействием вынужденного излучения множества атомов.

При наличии среды, состоящей из микрочастиц, среди которых преобладают возбужденные атомы, возникает лазерная генерация. Для того чтобы подготовить такое множество, необходимо накачать в среду дополнительную энергию с помощью внешних источников. В зависимости от того, с помощью чего осуществляется накачка, выделяются различные типы лазеров. Для накачки среды могут использоваться:

• электромагнитное излучение, длина волны которого отличается от длины лазерной волны;
• электрический ток;
• пучок релятивистских электронов, отличающихся очень высокой скоростью;
• электроразряд;
• химическая реакция.