اجزای لیزر

آیینه ها:
قسمت مهم یک لیزر آیینه های آن میباشد. برای عمل وارونی جمعیت تنها لامپهای پر انرژی کافی نیست. برای اینکه ماده ما به یک ماده فعال تبدیل شود یعنی تعداد ترازهای با انرژی بالاتر، از تعداد ترازهای با انرژی پایین تر، بیشتر شود، از دو آیینه با بازتاب نزدیک به 100 استفاده می شود. آیینه های معمولی بارتابنده قوی نیستند. یعنی نوری که به انها تابیده می شود مقدار قابل توجهی از ان را عبور می دهند. ولی در لیزر دو آیینه با تکنولوژی بالا ساخته می شود که هر نوری به آنها تابیده شود به طور 100 در صد بازتاب میشود. البته یکی از آیینه ها را با بازتاب 99.9 می سازند. دلیل این امر هم این است که نور لیزر تولید شده بتواند به بیرون راه پیدا کند. هم چنین اینکه آیینه ها کاملا با هم موازی باشند خیلی مهم است. در برخی لیزرها مانند هلیوم نئون، آیینه ها طوری قرار داده می شوند تا با پرتو فرودی به آنها زاویه بروستر بسازند و از این طریق تمام پرتو منعکس می شود.

تولید نور لیزر:
حال چه اتقاقی می افتد؟ ما یک کاواک استوانه ای شکل داریم که سطح داخلی ان بازتابنده است. درون این استوانه دقیقا در مرکز ان ماده فعال را که به صورت میله ای است، قرار داده و سپس لامپ درخشی را در اطراف این ماده قرار می دهیم. لامپ بین ماده فعال و کاواک استوانه ای قرار می گیرید. نورهایی که از لامپ درخشی به اطراف بازتاب می شوند، توسط سطح بازتابنده داخلی کاواک دوباره فرصت تابیده شدن به ماده فعال را دارند. پس تقریبا نور یا انرژی ای به بیرون درز نمیکند. تمام تلاش ما این است که تا می توانیم در زمان بسیار بسیار بسیار کمی، مقدار قابل توجهی انرژی نورانی به ماده فعال بتابانیم تا درون آن وارونی جمعیت رخ دهد.
از طرف دیگر در دو طرف این کاواک استوانه ای دو آیینه بازتابنده را قرار می دهیم. نقش این دو علاوه بر تقویت نور، همدوس کردن ان نیز می باشد. لامپ در خشی روشن می شود و در کسری از (میلیونیوم) ثانیه مقدار قابل توجهی فوتون به ماده فعال میرسد. مقداری از نورها دوباره توسط سطح داخلی کاواک بازتاب می شوند و به ماده فعال می خورند. هم چنین نورهای پراکنده شده توسط دو ایینه بازتاب کامل شده و به دورن ماده فعال بر میگردند. با این کار تعداد اتمهای بسیار بالایی برانگیخته می شوند. علاوه بر این، در این بین اتمهایی که برانگیخته شده اند، وقتی به حالت اولیه بر میگردند، بازهم نور ساطع می کنند. تمام این نورها(که در جهتهای مختلف تابیده می شوند) به اتمهای دیگر بر خورد میکنند. در اینجا یک اتفاق رخ می دهد و آن این است که به یک اتم هنگامی که در حالت برانگیخته است، ممکن است یک فوتون دیگر تابیده می شود که باعث میشود این اتم هنگامی که به حالت پایه بر میگردد، 2 فوتون همدوس و هم جهت و هم انرژی ساطع کند. به این پدیده گسیل القایی نیز میگویند. پس حجم فوتون تولیدی به ازای هر اتم 2 برابر می شود. تمام این فوتونهای همدوس دوباره به ایینه های بازتابنده برخورد میکنند و دوباره به دورن ماده فعال بر میگردند و باعث میشود که اتمهای بیشتری گسیل القایی کنند.
از هر ماده ای نمی توان به عنوان ماده فعال استفاده کرد. برای مثال اولین لیزر از جنس یاقوت مصنوعی بود. لیزری که علی جوان اختراع کرد، جنس ماده اولیه اش ترکیبی از گاز نئون و هلیوم بود که به همین نام نیز معروف شد. درک ساختار ماده و نحوه چیدمان ترازهای انرژی یک ماده در اینجا اهمیت بسیار دارد.

تقویت:
 عمل تولید فوتون و بازتابش آن توسط آیینه ها اینقدر ادامه پیدا می کند تا درون ماده ما وارونی جمعیت رخ دهد و خود ماده نیز بتواند فوتون و انرژی اضافی تولید کند و تبدیل به ماده تابنده می شود. فوتونها علاوه بر اینکه تعدادشان زیاد می شود هم جهت و هم انرژی نیز می شوند( هم چون یک لشکر پیاده بسیار منظم که در یک جهت و با نظم زیادی حرکت میکنند) . پرتوهای نوری هم از نظر فضایی و هم از نظر زمانی همدوس می شوند. یعنی بی نظمی در پرتوها بسیار کم می شود. هنگامی که عمل وارونی جمعیت رخ داد، تعداد فوتونها و در نتیجه انرژی پرتو دورن کاواک زیاد شده و مقداری از آن توسط آیینه ای که بارتاب ان 99.9 است، به بیرون ساطع می شود که همان پرتو لیزر یا نور تقویت شده توسط گسیا القایی می باشد.
پرتو لیزر خاصیت واگرایی کمی دارد. یعنی اینکه از هنگام خروج از دهانه لیزر تا فاصله بسیار خوبی همان حالت و انرژی اولیه خود را حفظ میکند. نورهای غیر همدوس همچون نور یک چراغ قوه، واگرا می شوند و بنابراین شدت و انرژی انها در فواصل دور از منبع، کم میشود. اما نور لیزر شدت باریکه خود را (مانند یک لوله بسیار باریک) حفظ میکند. البته میزان واگرایی بسته به انرژی پرتو و طول موج نیز دارد. برخی لیزرها هستند که تا سطح کره ماه تابیده میشوند و تا آنجا تقریبا واگرا نمی شوند. یک راه برای جلوگیر از واگرایی نور لیزر استفاده از فیبرهای نوری است که در آنها پرتو نور انرژی اولیه اش را از دست نمی دهد. فیبر نوری را به دهانه لیزر  وصل میکنند انگاه هم چون یک لوله قابل انعطاف میتوانند نور لیز را به فواصل و جهتهای مختلف برسانند. از این خاصیت در هنگاهم عمل های جراحی با نور لیزر مانند عمل جراحی چشم استفاده میکنند. در جراحی چشم، پرتو لیزر باید با طول موج و شدت تعیین شده به سطح چشم بتابد. برای حفظ انرژی لیزر از فیبر نوری استفاده میکنند. 

منبع: طبیعت زنده ( فیزیک)