Какие переходы между энергетическими уровнями в квантовом оптическом генераторе (лазере) приводят к возникновению

Musya

18

Оптический генератор, или лазер, использует процесс стимулированного излучения, чтобы создать когерентное лазерное излучение. Переходы между энергетическими уровнями атомов или молекул в активной среде лазера играют ключевую роль в этом процессе.

Процесс стимулированного излучения начинается с наличия атомов или молекул в основном энергетическом состоянии. Под действием внешнего возбуждающего источника, такого как оптическая помпа, эти атомы или молекулы могут поглощать энергию и переходить на более высокие энергетические уровни.

Возникающий возбужденный состояние атомов или молекул энергетически нестабилен и имеет короткое время жизни. В процессе спонтанного излучения, они могут возвращаться к основному состоянию, испуская фотоны случайным образом и в случайных направлениях. Это не приводит к появлению когерентного лазерного излучения.

Однако, в квантовом оптическом генераторе используется специальная активная среда и резонатор, чтобы стимулировать переходы атомов или молекул между энергетическими состояниями определенного типа. Когда атом или молекула находится в возбужденном состоянии и попадает под действие фотона с энергией, согласующейся с энергетическим различием между этими состояниями, то спонтанное излучение может быть стимулировано. В результате этого стимулированного излучения, возникает дополнительный фотон с такой же частотой, направлением и фазой, что и фотон, вызвавший его испускание.

Этот новый фотон, распространяясь внутри оптического резонатора, может стимулировать следующие переходы, вызывая каскадные эффекты и создавая когерентные и когерентно усиленные волны. Когерентность возникает из определенной фазовой согласованности между фотонами, вызывающими стимулированное излучение и выходящими из оптического генератора.

Таким образом, переходы между энергетическими уровнями в квантовом оптическом генераторе, которые приводят к возникновению когерентного лазерного излучения, связаны с процессами стимулированного излучения в активной среде лазера, а также с эффектами внутри оптического резонатора, обеспечивающего каскадный эффект и фазовую согласованность. Это позволяет создавать направленные, узконаправленные и высокоинтенсивные лазерные лучи.