Princíp činnosti Lasera

Princíp činnosti plynového lasera

            Pomocný plyn hélium má v atóme dve netastabilné úrovne 2¹ s a 2³ s, ktoré sa načerpajú zrážkami s elektrónmi vytvorenými výbojom v plyne. Doba života častíc na týchto hladinách je asi 1 ms.

            Prenos energie od vybudených atómov hélia na vybudené atómy neónu sa uskutočňuje nepružnými zrážkami cez neónové úrovne 3s₂ a 2s₂, ktoré sú energeticky veľmi blízke úrovniam hélia 2¹s a 2³s. Atómy hélia po odovzdaní svojej energie sa vracajú do základného stavu.

            Pre uvedený pár energetických hladín 3s₂ a 2s₂ takto získame proti hladinám 3p₄ a 2p₄  inverznú populáciu. Prechod 3s₂ →3p₄ zodpovedá energii fotónov vyžiarených na vlnovej dĺžke 3,39 μm, prechod 3s₂ →2s₂2s₂ žiareniu s vlnovou  dĺžkou 0,64 μm a prechod 2s₂ →2p₄ vyžiari energiu na vlnovej dĺžke 1,15 μm. Tento typ lasera môže pracovať aj na iných, tu neuvedených prechodoch. Hladiny 3p₄ a 2p₄ majú malú dobu života, rádovo 10^-8 s, teda sa rýchlo vyprázdňujú, čoho sprievodným znakom je oranžovo-červené spontánne žiarenie typické pre neón a prejdú na úroveň 1s.

 c) Energetický diagram lasera He – Ne

            Princíp činnosti polovodičového lasera.

            Princíp činnosti je založený na vlnovodnom jave. Optické žiarenie vzniká v injekčných polovodičových laseroch a ohraničuje sa v dielektrickom vlnovode, vytvorenom v samotnom laseri, alebo v elektroluminiscenčnej  dióde na báze heteropriechodov. Na obr. 33. d) je trojvrstvový dielektrický vlnovod s indexom lomu n₁, n₂, n₃. Vlnovodný jav vzniká vtedy, keď n₂ > n₁ ≥ n_3.

V uvedenom prípade je uhol dopadu lúča Θ₁₂ na rozhranie medzi vrstvami 1 a 2 na obr. 33. e) väčší ako kritický uhol Θ_c

Θ_c = arc sin (n₁/n₂)

Analogicky možno napísať vzťah aj pre rozhrania medzi vrstvami 2 a 3. Pri splnení podmienok n₂ > n₁ ≥ n₃ sa elektromagnetické žiarenie  šíri v smere, ktorý je rovnobežný s rozhraním vlnovodných vrstiev.

. d, e) Vlnovod tvorený dvojitou heteroštruktúrou polovodičového lasera. 

            V homoštruktúrach je rozdiel medzi indexom lomu strednej vrstvy vlnovodu a menšími indexmi lomu len 0,01 až 0,03. Taký malý rozdiel v indexoch lomu oblastí N a P, teplotnými gradientmi, zmenami indexov lomu v dôsledku injekcie nosičov prúdu a v dôsledku zosilnenia žiarenia.