0338

linii czy pasm) zależne są od rozkładów poziomów energetycznych atomów i cząsteczek, które zostały pobudzone do świecenia.

Wyobraźmy sobie, że atom został jakimkolwiek sposobem wzbudzony, w wyniku czego elektron przeniesiony został z poziomu podstawowego E_x na wyższy poziom energetyczny (ryc. 18.1).

Jeżeli w tej sytuacji podziałamy na wzbudzony atom zewnętrznym bodźcem w postaci kwantu promieniowania o energii /;v odpowiadającej różnicy poziomów energetycznych E., £j, wówczas spowodujemy przejście atomu do stanu podstawowego, czemu towarzyszyć będzie emisja kwantu promieniowania /;v o takiej samej energii, a więc odpowiadającej różnicy poziomów E.,—E_v Ten rodzaj emisji nosi nazwę wymuszonej lub stymulowanej emisji promieniowania. Stanowi on podstawę działania laserów. (Nazwa pochodzi od Light Amplification by Slimulated Emission of Radiation — wzmocnienie światła za pomocą wymuszonej emisji promieniowania).

Należy tu zwrócić uwagę na bardzo istotny dla wymuszonej emisji promieniowania fakt, że jeden pojedynczy kwant promieniowania o odpowiedniej energii wymusza ze wzbudzonego atomu emisję drugiego kwantu o takiej samej energii. Widzimy więc, że do układu (odpowiednio przygotowanego — wzbudzonego) doprowadzony został jeden kwant, podczas gdy z układu emitowanego zostają dwa o jednakowej energii kwanty (ryc. 18.1). W tym sensie proces powyższy stanowi wzmocnienie promieniowania.

Dostarczenie układowi z zewnątrz energii w celu podniesienia go na wyższy poziom energetyczny nosi nazwę „pompowania optycznego”. Czynność ta stanowi przygotowanie układu do wywołania „akcji” lasera, w wyniku której stosunkowo słaba na wejściu do układu fala elektromagnetyczna wymusza emisję fali, która na wyjściu układu ma wielokrotnie większe natężenie od fali wymuszającej. Dzieje się tak dzięki temu, że wysyłane w procesie emisji wymuszonej fotony powodują (stymulują) emisję dalszych „bliźniaczych” fotonów o identycznych właściwościach, to jest o tej samej: częstości drgań, fazie i kierunku.

Wytwarzane w laserze fale świetlne różnią się zasadniczo od światła wysyłanego przez zwykle źródła.

Zwykle światło powstałe na skutek spontanicznej emisji, charakteryzuje się brakiem jakiegokolwiek uporządkowania fazowo-przestrzennego. Poszczególne akty emisji zachodzą w sposób chaotyczny, niekontrolowany. Atomy wzbudzone emitują fotony w sposób od siebie niezależny, każdy w innym czasie i innym punkcie przestrzeni. Przeszedłszy do stanu podstawowego atom nic świeci, lecz po ponownym wzbudzeniu może znów wyemitować falę, której drgania nie będą już powiązane fazowo czy przestrzennie z poprzednimi. To samo można powiedzieć o innych świecących atomach tego samego źródła światła. W rezultacie tych nieskoordynowanych procesów emisji źródło emituje fale, które stanowią bezładną mieszaninę krótkich ciągów fal, interferujących ze sobą w sposób chaotyczny i przypadkowy. Fale takie noszą nazwę niespójnych.

Inny natomiast charakter fali reprezentuje światło wysyłane przez lasery. Ponieważ w trakcie „akcji" lasera emitowane są fotony, które wymuszają emisję dalszych fotonów identycznych co do energii, fazy drgań i kierunku rozchodzenia się, przeto emitowana przez laser fala, będąca wypadkową poszczególnych ciągów charakteryzujących się zgodnością częstotliwości, faz i kierunku, będzie falą spójną, stanowiącą wiązkę równoległą i monoenergetyczną.

344