Лазер. Создание и применение квантовых генераторов

Свет поглощается (а), когда падает на вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии; обратные переходы с испусканием фотона происходят самопроизвольно (спонтанно) (б). Если же атомы вещества были предварительно возбуждены, то свет, проходя через вещество, усиливается за счет присоединения к нему фотонов вынужденного излучения (в).
Эффект вынужденного излучения лег в основу действия оптических квантовых усилителей (ОКП) и генераторов (ОКГ) света. Теорию квантовых генераторов разработали М. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс. Первый ОКГ, названный лазером (от англ. laser - light amplification by stimulated emission of radiation), сконструировал Теодор Мейман. Рабочим веществом был розовый рубин (кристалл Al2O2 с примесью ≈ 0,05% Cr2O3).
Рубиновый лазер работает по трехуровневой схеме: возбуждение ионов хрома осуществляется путем освещения рубина мощной лампой (накачка лазера) с переходом ионов с уровня 1 на уровень 3. Этот уровень характеризуется малым «временем жизни» t. С уровня 3 на уровень 2 (с большим t) ионы хрома переходят безвипромінювально и накапливаются там. Наконец возникает лавинообразный вынужденный переход с уровня 2 на уровень 1 с излучением когерентного света.


К особенностям лазерного излучения относятся высокая когерентность, малая расхождение, большая интенсивность.
Сфера применения лазеров: связь (особенно космический, ведь в космосе нет поглотителей света облаков), світлолокація - очень точное определение расстояния до движущихся предметов; микрохирургия (в том числе во время операций на глазу); промышленность (сварка и обработка материалов); получения голограмм (объемных изображений предметов); в перспективе - осуществление управляемых термоядерных реакций и др.