محیط بهره و رابطه ان با طول موج لیزر

پرسش:

آیا بین ماده فعال لیزر و محیط بهره با طول موج و رنگ آن رابطه ای هست یا می توان برای طول موج و رنگ دلخواه از فیلتر رنگی در خروجی استفاده کرد؟
اگر رابطه ای وجود دارد با مثال ذکر کنید مثلا برای طول موج رنگ آبی٬ سبز یا قرمز چه ماده ای پیشنهاد می کنید. ببخشید سوالم طولانی شد

پاسخ:

باید با ساختار و مکانیزم کارکرد لیزر بیشتر آشنا شوید. در یکی از پرسش‌ها در مورد لیزر توضیحاتی داده شده بود. مفهوم لیزر می‌تواند بسیار گسترده طرح شود ولی باید دید ساده‌ای بدست بیاورید و کم‌کم آن را تقویت کنید. لیزر با یک مکانیزم بسیار زیبای فیزیکی ابداع شد. درواقع بسیاری معتقد هستند که انیشتین با طرح کردن گسیل القایی پایه‌گذار لیزر بود. اینجا من قصد ندارم لیزر را توضیح بدهم ولی لازم است اشاره شود که تمام هنر بشر در دستیابی به لیزر به شکلی کلک زدن به فیزیک برای استفاده از همان گسیل القایی بود. اگر مثلا الکترون با تحریک به تراز بالا برود، اگر خودبخود سقوط کند، نوری ایجاد می‌کند. اگر در آن تراز بماند تا نوری از آن جنس با آن انرژی به آن برسد، دو فوتون با هم و همصدا و با یک نوسان گسیل می‌کنند. تقویت این فوتون‌ها آرزوی بشر بود تا نهایتا با ساخت لیزر به آن رسیدند. این اقدام فقط با شناخت ماده و انتخاب و مهندسی دقیق ماده مناسب مقدور بود. پس باید محیط لیزر تراز مشخص لیزری در آن تعبیه شده باشد. منظور از تراز لیزری ترازی است که برخلاف آنچه فیزیک اجازه نمی‌دهد، گسیل القایی را بشود تقویت کرد.

در نتیجه هر محیط لیزری طول موج خاصی را ایجاد می‌کند و نور با رنگ‌های مختلف در آن نیست که بتوان با فیلتر کردن به رنگ دلخواه رسید. برای مشاهده این ویژگی شما لیزر سبز یا قرمز را به اجسام با رنگ‌های مختلف بتابانید. می‌بینید که شدت نور کم و زیاد می‌شود ولی رنگ آن تغییر نمی‌کند. این از آن جهت است که لیزر سبز فقط رنگ سبز دارد و بسته به میزان جذب مواد مختلف می‌تواند شدت نور لیزر بازتابیده از اجسام مختلف کم و زیاد شود.  

برای استفاده نمایشگرهای لیزری سعی شده است لیزر از سه رنگ اصلی طراحی و ساخته شود. لیزر قرمز و سبز زودتر از لیزر آبی در دسترس قرار گرفت و امروزه از هر سه رنگ اصلی لیزرهای متنوعی وجود دارد. لیزرها بسته به کاربرد و توان مورد نیاز از جنس‌های مختلفی ساخته می‌شوند. برای بسیاری مصارف بخصوص نمایشگری، لیزرهای دیودی متداول است که مصرف کم و ابعاد نسبتا کوچکی دارند. برای توان‌های خیلی بالا و کاربردهای خاص لیزرهای دیگری مثل لیزرهای گازی، حالت جامد، فیبری و انواع دیگر استفاده می‌شود.