лазер сокр., ОКГ иначе оптический квантовый генератор (англ. laser) — устройство, преобразующее различные виды энергии (световой, электрической, тепловой, химической и т. д. — энергии накачки) в энергию когерентного, узконаправленного (как правило, монохроматического) светового излучения в результате вынужденного (стимулированного) излучения или вынужденного рассеяния света.

Описание

В основе работы большинства лазеров лежит процесс вынужденного испускания электромагнитного излучения (фотонов) атомами и другими квантовыми системами, находящимися в возбужденных состояниях. Возбужденные за счет энергии накачки квантовые системы взаимодействуют с проходящим резонансным световым излучением. В результате взаимодействия квантовые частицы переходят в состояния с меньшей энергий, а резонансное световое излучение усиливается (такие переходы частиц называются вынужденными, а испускаемое в результате перехода излучение называется вынужденным).

Термин «лазер» является аббревиатурой слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что означает «усиление света при вынужденном излучении». В современном значении термин используется также и для обозначения устройств, в которых для усиления света используется вынужденное рассеяние. В этом случае энергия светового излучения накачки в результате нелинейного взаимодействия с усиливаемым светом в активной среде преобразуется в энергию усиливаемого света.

Лазерами в широком значении термина называют три класса устройств:

  1. Лазеры генераторы.
  2. Оптические усилители.
  3. Источники усиленного спонтанного излучения.

В узком значении термин применяется к лазерам генераторам. 

Любой лазер-генератор состоит из трех компонент: устройства накачки, активной среды и устройства, осуществляющего обратную связь. Для возникновения генерации необходимо, чтобы усиление света активной средой превышало суммарные потери в устройстве, осуществляющем обратную связь, и в других элементах лазера. В этом случае амплитуда (интенсивность) света после полного обхода увеличивается, и из спонтанных шумов развивается лазерная генерация.

Оптические усилители отличаются от лазеров-генераторов отсутствием обратной связи. В ряде случаев необходимо даже принимать специальные меры для ослабления паразитной обратной связи, чтобы предотвратить возникновение нежелательной генерации излучения. Усилители предназначены для усиления оптических сигналов и характеризуются коэффициентом усиления, спектром усиления, мощностью насыщения, шум-фактором, коэффициентом перекрестных помех, эффективностью и другими параметрами.

В отсутствии усиливаемого сигнала на входе усилителя его выходное излучение не равно нулю, так как в нем происходит усиление излучения, возникшего в результате спонтанного излучения. В этом режиме усилитель является источником усиленного спонтанного излучения.

Применения лазеров широки и разнообразны. Одна из важнейших областей применений — оптическая связь. Многочисленны применения лазеров в качестве датчиков (датчик магнитного поля, волоконно-оптический датчик давления и т. д.). Нерезонансное воздействие мощного лазерного излучения на различные вещества и материалы в непрерывном и импульсном режимах используется в технологических применениях лазеров. Селективное воздействие на атомы, ионы, молекулы и молекулярные комплексы, вызывающее процессы фотодиссоциации, фотоионизации, фотохимимические реакции и т. д. используется в лазерной химии, лазерном разделении изотопов и др. Сверхкороткие лазерные импульсы применяются для изучения быстропротекающих процессов, сверхскоростной фотографии, в спектроскопии с временным разрешением и т. п. Сверхстабильные лазеры являются основой оптических стандартов частоты, лазерных сейсмографов, гравиметров и других точных измерительных приборов. Лазеры с перестраиваемой частотой произвели революцию в спектроскопии. В медицине лазеры используются и для диагностических целей, и в качестве терапевтических и хирургических инструментов.

Среди новейших применений лазеров — использование их для производства и тестирования наноматериалов, обработки и тестирования поверхности, производства элементов электронных и фотонных микросхем, в том числе на основе фотонных кристаллов.

С появлением лазеров связано рождение таких новых разделов физики, как фотоника, нелинейная оптика, голография.

Автор

  • Наний Олег Евгеньевич

Источники

  1. Chuang S. L., Liu G., Kondratko P. K. High-Speed Low-Chirp Semiconductor Lasers // Optical Fiber Telecommunications / Ed. by I. P. Kaminow, T. Li, A. E. Willner. — Academic Press, 2008. P. 53–80.
  2. Корниенко Л.С., Наний О. Е. Физика лазеров. Ч. 1, 2. — М.: Изд-во МГУ, 1996.
  3. Звелто О. Принципы лазеров. — М.: Мир, 1984. — 559 с.

Напишите нам