Lasery

Vznik stimulovanej emisie, ktorá sa stala základom všetkých zosilňovačov a oscilátorov, po prvý raz vysvetlil Albert Einstein vo svojej práci "Ku kvantovej mechanike žiarenia" v roku 1917. Prvé experimentálne dôkazy o stimulovanej emisii podali Ladenburg a Kopferman v roku 1928.V roku 1954 bol vo Fyzikálnom ústave Akadémie vied ZSSR pod vedením Basova a Prochorova a na Kolumbijskej univerzite pod vedením Townesa vytvorený prvý kvantový oscilátor v centimetrovom pásme (MASER - Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).O niekoľko rokov neskôr bolo zostrojené obdobné zariadenie zosilńovacie a generujúce v optickej spektrálnej oblasti(Light - svetlo = LASER - Light amplification by stimulated emision of radiation). Prvý rubínový laser v roku 1959 otvoril brány laserov. Žiarenie laserov svojou veľkou koherentnosťou (fáza kmitov je po dlhú dobu konštantná) a monochromatičnosťou má veľkú smerovnosť, možno ho veľmi dobre sfokusovať získať neobyčajne veľkú hustotu výkonu v lúči (~1013 W.cm-2).
Pozrieme sa bližšie na princíp funkcie rubínového lasera. Základná úroveň E1 a stav E2 sú enegetickými pásmi.

Prechod z úrovne E2 na E1 je zakázaný - elektrón na úrovni E2 by mal byť úplne stabilný. V praxi to však neplatí; elektrón sa na tejto úrovni udrží po dobu 1/100 sekundy. V porovnaní s inými nestabilnými stavmi (10 na -8 s) je to doba veľmi dlhá. Osvietime tyčinku vybrúsenú z rubínového kryštálu Al2o3 so zabudovanými iónmi chrómu intenzivným zeleným svetlom, nastane tento proces: Najprv sa dostanú elektróny v dôsledku energie zo základnej hladiny E1 do enegetického pásu E2.Touto vonkajšou energiou je atóm vybudený a naviac nastane tzv. inverzia populácie. Nižšia energetická úroveň, inak silno obsadená elektrónmi, sa skoro úplne vyprázdni. Vyššia úroveň E2, pôvodne nepatrne obsadená elektrónmi, je mimoriadne husto obsadená. Dosiahli sme tak nahromadenie energie. Atóm prejde zo stavu E2 do E1 uvolni pritom žiariacu energiu (fotón) - samovoľná emisia. Ten je dostatočný pre to aby na svojej ceste kryštálovou tyčinkou zasiahol iný vybudený atóm. Ten uvolní fotón s rovnakou fázou a vráti sa späť na E1- vynútená emisia. Znamená to, že z tyčinky je vyslaný viditeľný impulz červeného svetla. Na túto vlnovú dĺžku sú však "naladené" všetky zostávajúce ióny chrómu vybudené do stavu E2.Teda ak zasiahne ión žiarenie, okamžite preskočí do základného stavu a sám pri tom zažiari. Tento dej nazývame indukovaná, alebo stimulovaná emisia svetla.