Сформулируйте принципы работы оптического квантового генератора.

Оптический квантовый генератор (лазер) — это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света.

18. Объясните устройство и принцип работы лазера.

В газовом разряде в смеси гелия и неона образуются возбуждённые атомы обоих элементов. При этом оказывается, что энергии метастабильного уровня гелия ¹S₀ и излучательного уровня неона 2p⁵5s²[1/2] оказываются примерно равными — 20.616 и 20.661 эВ соответственно. Передача возбуждения между двумя этими состояниями происходит в следующем процессе:

He* + Ne + Δ E → He + Ne*

и её эффективность оказывается очень большой (где (*) показывает возбуждённое состояние, а Δ E — различие энергетических уровней двух атомов.) Недостающие 0.05 эВ берутся из кинетической энергии движения атомов. Заселённость уровня неона 2p⁵5s²[1/2] возрастает и в определённый момент становится больше чем у нижележащего уровня 2p⁵3p²[3/2]. Наступает инверсия заселённости уровней — среда становится способной к лазерной генерации.