Ла́зер — квантовый генератор, источник когерентного монохроматического электромагнитного излучения оптического диапазона. Обычно состоит из трёх основных элементов:

• Источник энергии (механизм « накачки » лазера).
• Рабочее тело лазера.
• Система зеркал («оптический резонатор»).

Источник энергии

Источник накачки подаёт энергию в систему. В его качестве могут выступать:

• импульсная лампа
• дуговая лампа
• другой лазер
• химическая реакция
• взрывчатое вещество

Тип используемого устройства накачки напрямую зависит от используемого рабочего тела, а также определяет способ подвода энергии к системе. Например, гелий-неоновые лазеры используют электрические разряды в гелий - неоновой газовой смеси, а лазеры на основе с неодимовым легированием ( Nd:YAG-лазеры ) — сфокусированный свет ксеноновой импульсной лампы, эксимерные лазеры — энергию химических реакций.

Рабочее тело

Рабочее тело является основным определяющим фактором рабочей длины волны , а также остальных свойств лазера. Существует большое количество различных рабочих тел, на основе которых можно построить лазер. Рабочее тело подвергается «накачке», чтобы получить эффект инверсии электронных населённостей , что вызывает вынужденное излучение фотонов и эффект оптического усиления.

В лазерах используются следующие рабочие тела:

• Жидкость, например, в лазерах на красителях . Состоят из органического растворителя , например метанола , этанола или этиленгликоля , в которых растворены химические красители, например кумарин или родамин . Конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны.
• Газы, например, углекислый газ , аргон , криптон или смеси, такие как в гелий-неоновых лазерах . Такие лазеры чаще всего накачиваются электрическими разрядами.
• Твёрдые тела, такие как кристаллы и стёкла . Такие материалы обычно легируются ( активируются ) добавкой небольшого количества ионов хрома , неодима , эрбия или титана . Типичные используемые кристаллы: (YAG), литиево-иттриевый фторид (YLF), сапфир (оксид алюминия). Используемые стёкла: фосфатные и силикатные. Самые распространённые варианты: Nd:YAG , титан-сапфир , (известный также как рубин ), легированный хромом стронций - литий - алюминиевый фторид (Cr:LiSAF), Er:YLF и Nd: glass ( неодимовое стекло). Твердотельные лазеры обычно накачиваются импульсными лампами или другими лазерами.
• Полупроводники . Материал, в котором переход электронов между энергетическими уровнями может сопровождаться излучением. Полупроводниковые лазеры очень компактны, накачиваются электрическим током, что позволяет использовать их в бытовых устройствах, таких как проигрыватели компакт-дисков .

Оптический резонатор

Оптический резонатор, простейшим видом которого являются два параллельных зеркала , находится вокруг рабочего тела лазера. Вынужденное излучение рабочего тела отражается зеркалами обратно и опять усиливается. Волна может отражаться многократно до момента выхода наружу. В более сложных лазерах применяются четыре и более зеркал, образующих резонатор. Качество изготовления и установки этих зеркал является определяющим для качества полученной лазерной системы.

В твердотельных лазерах зеркала могут формироваться на полированных торцах активного элемента. В газовых лазерах и лазерах на красителях — на торцах колбы с рабочим телом.

Для выхода излучения одно из зеркал делается полупрозрачным.

Дополнительные устройства

Также в лазерной системе могут монтироваться дополнительные устройства для получения различных эффектов, такие как поворачивающиеся зеркала, модуляторы , фильтры и поглотители. Их применение позволяет менять параметры излучения лазера, например, длину волны, длительность импульсов и т. д.

См. также

• Лазер
• Виды лазеров
• Лазерные материалы
• Лазеры сверхкоротких импульсов