Laser jest promieniowaniem elektromagnetycznym powstającym w procesie emisji wymuszonej. Samo słowo LASER to akronim od angielskiego określenia Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, oznaczającego wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Cechą wyróżniającą promieniowania laserowego jest jego spójność przestrzenna i czasowa. Oznacza to, że promieniowanie jest emitowane w postaci wąskiej wiązki o bardzo małym stopniu rozbieżności oraz jednakowej fazie. Te cechy powodują kumulację i uporządkowanie promieniowania, umożliwiające zastosowanie lasera jako nośnika informacji oraz energii.
Urządzenie laserowe składa się z trzech głównych elementów:
* źródła energii (zwanego również układem pompującym),
* ośrodka czynnego
* rezonatora optycznego
Główne elementy lasera
Źródło energii
Układ pompujący jest elementem odpowiadającym za dostarczanie energii. Energia może pochodzić z wyładowań elektrycznych, działania lamp błyskowych, lamp łukowych, promieniowania innego lasera oraz reakcji chemicznych. Rodzaj użytego źródła promieniowania zależy od typu ośrodka czynnego i determinuje sposób przesyłu do niego energii.
Ośrodek czynny
Ośrodek czynny jest głównym czynnikiem decydującym o długości fali promieniowania oraz innych właściwościach lasera. Istnieją setki, może nawet tysiące, różnych ośrodków czynnych, które mogą wywoływać tzw. akcję laserową, czyli wytwarzanie promieniowania laserowego. To w ośrodku czynnym zachodzą procesy emisji spontanicznej i wymuszonej fotonów, które prowadzą do powstania zjawiska wzmocnienia optycznego. Ośrodek czynny jest wzbudzany przez układ pompujący w celu wywołania inwersji obsadzeń poziomów energetycznych, warunku niezbędnego do uzyskania przewagi wymuszonej emisji fotonów nad ich pochłanianiem, a tym samym wzmocnienia i akcji laserowej.
Oto niektóre z ośrodków czynnych:
- Gazy (m.in. CO2, argon, krypton). W tych laserach często źródłem energii są wyładowania elektryczne
- Ciała stałe, takie jak kryształy i szkła (m.in. YAG, szafir). Często stosuje się domieszkę jonów takich substancji jak neodym, chrom, iterb. Przykłady ośrodków czynnych stałych to Nd: YAG, Nd: YVO4. Lasery na ciele stałym są zwykle pompowane przez lampy błyskowe lub promieniowaniem innego lasera
Rezonator optyczny
Rezonator optyczny w najprostszej postaci składa się z dwóch luster umieszczonych równolegle wokół ośrodka czynnego. Lustra pokryte są powłokami nadającymi im określone właściwości - zazwyczaj jedno z luster odbija promieniowanie prawie w całości, a drugie częściowo, dzięki czemu część promieniowania wydostaje się i tworzy promień wyjściowy.
Promieniowanie z ośrodka czynnego powstałe w wyniku emisji spontanicznej jest odbijane przez lustra z powrotem, gdzie zostaje wzmocnione przez emisję wymuszoną. Może ono odbijać się od luster i przechodzić przez ośrodek czynny kilkasetkrotnie zanim go opuści. W bardziej skomplikowanych konstrukcjach stosowane są konfiguracje czterech lub więcej luster. Budowa i ułożenie luster względem ośrodka czynnego jest decydujące dla długości fali lasera oraz innych cech systemu.
Ośrodek czynny może zawierać również inne elementy optyczne, takie jak lustra obrotowe, modulatory, filtry i pochłaniacze, które wpływają na ostateczne właściwości promienia laserowego - m.in. długość fali oraz impulsy.
