Nyob rau xyoo 1960, lub ntiaj teb ua ntej laser tsoo lub tranquility ntawm Californian Sis Lab, thiab ruby laser invented by Theodore Mehman qhib lub qhov rooj rau tib neeg tsim lasers thiab kev siv cov lasers los hloov lub ntiaj teb. Txij li tsib caug xyoo dhau los, txoj kev loj hlob ntawm laser science tau ceev, thiab qhov nrov tshaj plaws thiab kev siv cov tshuab laser kuj tau nkag mus rau tib neeg lub neej los ntawm txhua yam. Tab sis neeg feem coob paub tias cov lasers muaj lub hom phiaj no, tab sis lawv tsis paub tias lub laser tau los li cas. Yog li no, tsab xov xwm no yuav piav qhia txog txoj cai ntawm laser hauv ib hom lus sib txawv.
Yuav kom nkag siab txog lub hauv paus ntawm kev tsim tawm ntawm laser, ua ntej nkag siab txog dab tsi lub zog. Hauv cov ntsiab lus yooj yim, lub zog ntawm lub zog yog lub xeev uas txhua lub hom phiaj (ib qho hluav taws xob ua hluav taws xob ua hluav taws xob) yog ib qho kev siv zog, thiab sib txawv zog qhia tau tias lub zog uas tau ua los ntawm lub cev yog txawv. Qhov siab dua qib zog, lub siab zog ntawm cov hluav taws xob extranuclear electrons, thiab yooj yim dua nws yog mus ua txhaum deb ntawm lub keeb. For the sake of kev nkag siab, qhov simplest hydrogen atom ntawm atomic qauv yog coj los ua piv txwv.
n nruab nrab yog ib tug quantum naj npawb sib thooj rau lub zog E ntawm lub cev. Thaum n = 1, nws qhia tau hais tias lub zog muaj zog nyob rau hauv cov xwm txheej ntawm cov hydrogen atom, uas yog hu ua hauv av xeev (E1 qib). n = 2, 3, 4, etc. yog hu ua kev txaus siab xeev (E2 energy level, E3 zog qib, E4 zog theem, thiab lwm yam). Raws li Danish physicist Bohr lub hom phiaj, thaum lub atom yog nyob rau hauv ib lub teb chaws ruaj khov hauv lub xeev, yog tias nws yog kev zoo siab los ntawm lub ntiaj teb sab nrauv thiab absorbs lub zog sab nraud zog, nws yuav dhia mus rau ib lub zog siab dua rau tsim kev zoo siab lub xeev. Lub atom yog tsis ruaj tsis khov hauv lub xeev pog. Thaum lub atom yog nyob rau hauv lub siab heev lub xeev, nws nthawv zaus mus rau qis zog theem. Tom qab ib los sis ob peb lub sij hawm mus rau hauv av hauv lub xeev, qhov sib luag zog tso tawm thaum lub sij hawm hloov mus rau qib qis zog. Qhov sib txeeb no muaj nyob rau hauv daim ntawv ntawm photons ntawm ib lub caij nyoog twg, uas tuaj yeem xam los ntawm tus nqi ntawm sab xis ntawm daim duab sab nraud, thiab lub photon zog E = hν = Em - En. h yog tus nqi ntsuas los ntawm tus kws kho mob lub cev (Planck qhov), ν yog qhov zaus ntawm photon (qhov zaus ntawm qhov photon tso tawm ntawm kev zoo siab mus rau hauv av hauv lub xeev, uas yog qhov zaus ntawm sab nrauv lub teeb ci, uas yog lub laser thaum lub laser raug ua tus kabmob (frequency), qhov kev txiav txim siab lub wavelength ntawm laser λ = c / ν, c yog qhov khiav ceev).
Tom qab nkag siab lub zog ntawm tus qauv, peb pom qhov ua laser raug tsim. For the sake of yooj yim to taub, lub simplest ruby laser yog muab raws li ib qho piv txwv. Lub ruby laser yog lub laser solid-state. Cov khoom ua haujlwm yog ruby pas nrig. Lub crystal matrix yog Al2O3, uas yog doped nrog 0.05% ntawm Cr2O3. Lub laser nkaus rau hauv lub ruby yog tiav los ntawm cov txheej txheem cua daj cua dub ntawm Cr3 + (chromium ion), yog li ntawd Cr3 + feem ntau hu ua activating ion, uas yog lub cev "lub cev" ntawm lub laser ua ruby. Lub ntsiab feem ntawm ruby, alumina, tsuas yog ib qho matrix uas muaj chromium ions, uas muaj tsuas yog ib qho ncaj indirect effect on laser nkaus. Lub teeb theem ntawm lub zog yog li muaj:
Thaum lub twj tso kua mis pom lub ruby, cov Cr3 + ion hauv av av absorbs lub teeb ntawm ib lub meej wavelength thiab hloov mus rau qib E3. Lub Cr3 + ion muaj lub neej luv ntawm lub zog no (tsis tshua ruaj tsis khov, txog 10-9 s), thiab sai li sai tau kis los ntawm kev hloov hluav taws xob (kev hloov tsis muaj hluav taws xob yog hais txog kev sib pauv zog nrog lub ntiaj teb sab nraud los ntawm kev sib tsoo atomic, uas yog, thermal suab hauv lub kwj deg, kom lub zog hloov, tsis yog emitting los yog absorbing photons) hloov mus rau qib E2. Lub zog E2 muaj kev ua neej ntev ntev (li 3ms), hu ua qhov siab zog, uas muaj ntau Cr3 + ions tuaj yeem sau tau. Thaum lub twj tso tawm sab nraud muaj zog txaus, cov pejxeem inversion yog tsim ntawm E2 thiab qib E1, uas yog, cov xovtooj ntawm Cr3 + ions nyob rau qib E2 ntau dua li qib E1. Tom qab cov pejxeem inversion pom tau hais tias, txhua tus qauv photon nrog lub zog hν yuav ua rau kom muaj ib qho atom ntawm qib E2 ua kom nws hloov mus rau hauv av hauv lub xeev, thiab tso tawm ib photon nrog zog hν, thiab tag nrho photon zog yuav raug hloov mus rau 2, 2 pauv 4, 4 pauv 8 ... yog li ua tiav lub zog ua kom lub zog ua kom nrov zog (qhov nce). Txij li cov kabmob kho qhov muag muaj qhov poob ntawm qhov muag qhov muag, qhov laser yog tso zis thaum qhov nce ntawm qhov hluav taws xob ntawm kev ua kom lub zog loj dua qhov ntau yam hauv lub laser.
