Laser - aplikace kvantové fyziky

  

Obrázek 7.10: Posloupnost přechodů v Helium-Neonovém laseru.

Laser, zdroj koherentního optického záření, představuje přímou aplikaci poznatků atomové fyziky. Jeho základní ideou je uplatnění tří principů:

(1)

Vytvoření atomového (molekulového, iomtového) systému s dlouho žijícím, tzv. metastabilním, kvantovým stavem, v němž může být dosaženo tzv. populační inverze, tj. vyšší obsazení než ve stavu, do něhož přechází.

(2)

Realizece hromadné inverzní populace přiměřeným budícím energetickým zdrojem (výboj v plynu, ozáření výbojkou aj.).

(3)

Zajištění vhodného uspořádání (obvykle použitím optického rezonátoru), v němž může dojít k výraznému nahromadění atomů (molekul, iontů) ve stavu inverzní populace a k jejich koordinované deexcitaci.

Jedním z prvních optických systémů, v němž se podařilo tuto ideu realizovat, představuje helium-neonový laser. Je tvořen trubicí naplněnou směsí vzácných plynů helia a neonu, v níž se realizuje elektrický výboj. Na koncích trubice jsou zrcadla, jedno z nichž je částečně prostupné, aby dovolilo výstup laserového svazku. Na připojeném obrázku je ukázána konkrétní posloupnost kvantových přechodů, jež je základem tohoto typu laseru. Elektrony generované ve výboji vybudí atomy helia do metastabilního stavu $1s^1 2s^1$. Excitační energie tohoto stavu je v nepružných srážkách atomů přenesena na atom neonu, který vybudí do stavu $2p^5 5s^1$, jehož energie je velmi blízká metastabilnímu stavu helia. Populace vybuzeného stavu helia je díky této shodě excitačních energií vyšší, než obsazení stavu $2p^5 3p^1$, jenž je rychle vyprazdňován přechody do základního stavu atomu neonu. Zdrojem koherentního záření emitovaného helium-neonovým laserem je kvantový přechod ze stavu $2p^5 5s^1$ do stavu $2p^5 3p^1$, neboť přímý přechod do základního stavu není z důvodů tzv. výběrových pravidel povolen.

Zpět: Periodické vlastnosti atomů O úroveň výše: Úvodní poznámky Pokračovat: Lasery včera a dnes