1960-yilda dunyodagi birinchi sun'iy lazer Kaliforniyadagi Sis Lab-ning xotirjamligini sindirdi va Theodore Mehman tomonidan ishlab chiqilgan ruby lazer insonni lazerlarni yaratishga eshikni ochdi va lazerlardan dunyoni o'zgartirdi. O'tgan ellik yildan buyon lazer fanining rivojlanishi jadal sur'atlar bilan rivojlanmoqda va lazer texnologiyasini ommalashtirish va qo'llash ham odamlarning hayotiga barcha jihatdan kirib keldi. Ammo ko'pchilik odamlar lazerlarning bunday maqsadga ega ekanligini bilishadi, ammo lazer qanday kelganini bilishmaydi. Shuning uchun ushbu maqola nisbatan keng tarqalgan tilda lazer hosil bo'lish tamoyilini tushuntiradi.
Lazer shakllanish tamoyilini tushunish uchun, avvalo, energiya darajasi qanday ekanini tushunish kerak. Oddiy ma'noda, energiya darajasi har bir atom (aslida ekstranulyar elektron) ma'lum miqdorda quvvatga ega bo'lgan holat bo'lib, turli darajadagi energiya darajasi atom energiyasi tebranishini bildiradi. Energiya qanchalik yuqori bo'lsa, ekstranukulyar elektronlarning energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa va yadrodan chiqib ketish osonroq bo'ladi. Tushunish uchun atom tuzilishining eng oddiy vodorod atomiga misol keltiriladi.
n atomning energiya darajasiga mos keladigan kvant raqamini ifodalaydi. N = 1 bo'lsa, u vodorod atomining barqaror holatidagi energiya darajasini ko'rsatadi, bu holat er holati (E1 darajasi) deb nomlanadi. n = 2, 3, 4, va hokazolarga qo'zg'aladigan davlatlar (E2 energiya darajasi, E3 energiya darajasi, E4 energiya darajasi va boshqalar) deb ataladi. Daniya fizikasi Bohrning nazariyasiga ko'ra, agar atom tashqi holatda barqaror holatda bo'lsa, u tashqi dunyodan hayajonlansa va tashqi tashqi energiyani so'rasa, u energiya darajasini ko'tarib, hayajonlangan davlatni shakllantiradi. Atom u qo'zg'aluvchan holda beqaror. Atom xavotirlangan holatda bo'lsa, u o'z-o'zidan past energiya darajasiga o'tadi. Tuproq holatiga bir yoki bir nechta o'tishdan keyin energiyani past darajaga o'tkazishda tegishli energiya chiqariladi. Bu tegishli energiya energiya darajasi diagrammasining o'ng tomonidagi qiymatdan va foton energiyasidan E = hn = Em - Enning hisoblab berilishi mumkin bo'lgan ma'lum bir chastota fotonlari shaklida mavjud. h fizik tomonidan o'lchagan sobit qiymat (Planck sobit), v fotonning chastotasi (fotonning uyg'unlashgan holatdan erga qarab chastotasi, ya'ni tashqi radiatsiyaviy nurning chastotasi bo'lgan lazerni hosil qilganida lazer, lazerning l = c / v, s ning to'lqin uzunligini aniqlaydigan chastotasi esa nurning tezligi).
Energiya darajasining strukturasini tushunganidan keyin lazer qanday shakllanayotganini ko'rib chiqaylik. Oddiy tushunish uchun eng oddiy ruby lazeri misol qilib olinadi. Ruby lazeri qattiq hol lazeridir. Ishchi moddalar - ruby tayoq. Kristalli matritsa Al2O3, bu 0,05% Cr2O3 bilan to'ldiriladi. Ruby'dagi lazer harakati Cr3 + (krom ionining) stimullangan emissiya jarayoni bilan ta'minlanadi, shuning uchun Cr3 + odatda rubyda ishlab chiqarilgan lazerning "tanasi" bo'lgan faollashtiruvchi ion deb ataladi. Ruby, alumina asosiy tarkibiy qismi faqat xrom ionlarini o'z ichiga olgan matritsa bo'lib, bu lazer ta'sirida faqat bilvosita ta'sirga ega. Uning energetik tuzilishi quyidagicha:
Nasosi yoritgichi yaqindagina yonayotganida, er holatida bo'lgan Cr3 + ioni o'ziga xos to'lqin uzunligining nurini va E3 darajasiga o'tishni oladi. Cr3 + ioni bu energiya darajasida juda qisqa umrga ega (juda beqaror, taxminan 10-9 s) va shunday qilib tez radiatsiya o'tishidan o'tadi (no-radiatsiya o'tishi atomning to'qnashuvi bilan tashqi dunyo bilan energiya almashinuvini nazarda tutadi, ya'ni kristal ichidagi issiqlik harakati, energiya darajasi o'zgarib, fotonlar chiqaradigan yoki emirmagan) E2 darajasiga o'tish. E2 energiya darajasi uzoq umrga ega (taxminan 3ms), metastabil energiya darajasi deb ataladi, bu erda ko'proq Cr3 + ionlari to'planishi mumkin. Tashqi nasos etarlicha kuchli bo'lganida, E2 darajasi va E1 darajasi o'rtasida E2 darajasida E1 darajasidan yuqori bo'lgan E3 darajasida E3 darajasida populatsiya inversiyasi hosil bo'ladi. Aholining inversiyasi amalga oshirilgandan so'ng, har bir tashqi foton energetik hn bilan E2 darajasida bir atomni harakatga keltiradi va fotonni energiya hn bilan chiqaradi va fotonning energiyasi 2, 2 o'zgarish 4, 4 o'zgarishlar 8 ... shuning uchun rag'batlantiruvchi radyasyon amplifikasyonu (daromad) jarayonini amalga oshirish. Optik bo'shliqning optik qobiliyatiga zarar yetganligi uchun, lazer faqat stimulyatsiya qilingan nurlanish amplifikatsiyasining foydasi lazerdagi turli yo'qotishlarga nisbatan katta bo'ladi.
