Τα τρία κύρια λειτουργικά συστατικά ενός λέιζερ

Τα τρία κύρια λειτουργικά συστατικά του αλέιζερείναι η πηγή της αντλίας, το μέσο κέρδους και η συντονισμένη κοιλότητα.

Η πηγή της αντλίας παρέχει την πηγή φωτός για το λέιζερ. Το μέσο κέρδους (επίσης γνωστό ως μέσο εργασίας) απορροφά την ενέργεια που παρέχεται από την πηγή της αντλίας και ενισχύει το φως. Η συντονισμένη κοιλότητα σχηματίζει το κύκλωμα μεταξύ της πηγής της αντλίας και του μέσου κέρδους και η συντονισμένη κοιλότητα ταλαντεύεται σε επιλεγμένη λειτουργία για να παράγει φως λέιζερ.

Η πηγή της αντλίας, ως πηγή ενέργειας, παράγει φωτόνια για να διεγείρει το μέσο κέρδους. Τα φωτόνια που εκπέμπονται από την αντλία της αντλίας αντλούν τα σωματίδια στο μέσο κέρδους από την κατάσταση του εδάφους σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας, επιτυγχάνοντας αναστροφή του πληθυσμού. Οι μηχανισμοί διέγερσης περιλαμβάνουν οπτική διέγερση (οπτική άντληση), διέγερση εκκένωσης αερίου, χημική διέγερση και πυρηνική διέγερση. Επί του παρόντος, τα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος (LDS) χρησιμοποιούνται συνήθως ως πηγές αντλίας, κυρίως για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια.

Το μέσο κέρδους επιτυγχάνει την αναστροφή του πληθυσμού και ενισχύει το φως και καθορίζει επίσης το μήκος κύματος του λέιζερ εξόδου. Τα μέσα κέρδους μπορούν να είναι υγρά, αέρια ή στερεά. Τα υγρά περιλαμβάνουν οργανικά διαλύματα, τα αέρια περιλαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα και τα στερεά περιλαμβάνουν ρουμπίνι. Η θεμελιώδη απαίτηση για ένα μέσο κέρδους είναι ότι παράγει φωτόνια κατά τη διέγερση και όχι τη μετατροπή του φωτός σε θερμότητα. Τα σωματίδια μέσα σε αυτό πρέπει να είναι σχετικά απομονωμένα, επιτρέποντας την εμφάνιση μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων ενέργειας.

Μια συντονισμένη κοιλότητα εξυπηρετεί κυρίως το σκοπό της "αποθήκευσης" και "καθαρισμού" του φωτός λέιζερ. Μια συντονισμένη κοιλότητα συνήθως αποτελείται από δύο καθρέφτες, αλλά οι συζεύκτες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία διαφόρων συντονιστών δακτυλίων. Τα φωτόνια αναπηδούν εμπρός και πίσω μεταξύ των καθρέφτη, προκαλώντας συνεχώς διεγερμένη ακτινοβολία στο μέσο κέρδους και δημιουργώντας φως λέιζερ υψηλής έντασης. Επιπλέον, η συντονισμένη κοιλότητα εξασφαλίζει ότι τα φωτόνια μέσα στην κοιλότητα έχουν συνεπή συχνότητα/μήκος κύματος, φάση και κατεύθυνση, με αποτέλεσμα την άριστη κατευθυντικότητα και τη συνοχή του φωτός λέιζερ.