Lāzera stara ģenerēšanas princips 

Lāzera ģenerēšanas princips un to veidi.

Vārds “LASER” ir akronīms vārdam: Gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju.
L - Light : Gaisma
A - Amplification: Pastiprināšana 
S - Stimulation : Stimulēšana
E - Emission : Emisija
R - Radiation : Radiācija

Tos klasificē pēc dažādiem kritērijiem:
- Pastiprinājuma veids;
- Viļņa garums ir infrasarkanajā, redzamajā vai ultravioletajā spektra apgabalā;
- Darbības režīms ir nepārtraukts vai impulss;
- Viļņa garums ir fiksēts vai regulējams.

Lāzers sastāv no šādiem elementiem:
Lāzera vide – materiāls, kurā tiek ģenerēts lāzers.
vide var būt: cieta, šķidra vai gāzveida. 
Sūkņa avots – nodrošina nepieciešamo aktivizācijas enerģiju
lāzera vide, kas ļauj ģenerēt lāzeru.
Lāzera rezonators – kontrolē, kā lāzers tiek ģenerēts
lāzera vide, sastāv no aizmugurējā 100% atstarotāja un a
priekšējais daļējais atstarotājs.


Lāzera stara ģenerēšana ir trīs posmu process, kurā atsevišķi soļi notiek gandrīz acumirklī.
1) Spontāna emisija – Sūkņa avots izstaro enerģiju barotnei un uzbudina lāzera barotnes atomus tā, ka atomos esošie elektroni uz laiku tiek pārnesti uz augstākas enerģijas stāvokli. Elektroni, kas atrodas šajā stāvoklī, nevar tur palikt bezgalīgi un nokrist atpakaļ uz zemāku enerģijas līmeni. Šī procesa laikā elektrons zaudē lieko enerģiju, ko tas ir ieguvis, sūknējot enerģiju, izstarojot fotonu. Šajā procesā radītie fotoni, kas pazīstami kā spontāna emisija, ir lāzera ģenerēšanas kodols.

2) Stimulētā emisija – spontānās emisijas izstarotie fotoni galu galā saduras ar citiem elektroniem augstākās enerģijas stāvokļos. Tas notiek ļoti īsā laikā gaismas ātruma un ierosināto atomu blīvuma dēļ. Ienākošais fotons "nospiež" elektronu no uzbudinātā stāvokļa uz zemāku enerģijas līmeni un ģenerē vēl vienu fotonu.
Šie divi fotoni ir koherenti, t.i., tie atrodas fāzē, tiem ir vienāds viļņa garums un tie pārvietojas vienā virzienā. Šo procesu sauc par stimulētu emisiju.

3) Pastiprināšana – fotoni tiek izstaroti visos virzienos. Tomēr daži ceļo pa lāzera vidi, sit
rezonatora spoguļi un tiek atspoguļoti atpakaļ caur vidi. Rezonatora spoguļi nosaka stimulētās emisijas vēlamo pastiprināšanas virzienu. Lai pastiprinājums notiktu, ierosinātajā stāvoklī ir jābūt lielākam atomu procentuālajam daudzumam nekā zemākos enerģijas līmeņos. Šī vairāku atomu "populācijas inversija" ierosinātajā stāvoklī rada nepieciešamos apstākļus lāzera ģenerēšanai.



Lāzera veidi: 
- (CO2) lāzers
Viļņa garums: 10,6 μm; tāls infrasarkanais stars
Lāzera medijs: CO2-N2-He jaukta gāze (gāze)
Vidējā jauda [CW]: 50 kW (maksimums) (normāls): 1–15 kW

- Lampas sūknēšanas (YAG) lāzers
Viļņa garums: 1,06 μm; tuvs infrasarkanais stars
Lāzera medijs: Nd3+:Y3Al5O12 granāts (ciets)
Vidējā jauda [CW]: 10 kW (maksimālais kaskādes tipa un šķiedru sakabes maks.) (normāls): 50 W–7 kW (Efektivitāte: 1–4%)

Lāzerdiode (LD)
Viļņa garums: 0,8–1,1 μm; tuvu infrasarkanais starojums
Lāzera mediji: InGaAsP utt. (ciets)
Vidējā jauda [CW]: 10 kW -15 kW
Priekšrocības: kompakts un augsta efektivitāte (20–60). %)

- Lāzerdiodes LD sūknēts cietvielu lāzers
Viļņa garums: apmēram 1 μm; tuvs infrasarkanais stars
Lāzera medijs: Nd3+:Y3Al5O12 granāts (ciets)
Vidējā jauda [CW]: 13,5 kW (maks. šķiedras sakabe) [PW]: 6 kW (maks. plātnes tipa)

- Diska lāzers
Viļņa garums: 1,03 μm; tuvs infrasarkanais stars
Lāzera medijs: Yb3+:YAG vai YVO4 (ciets)
Vidējā jauda [CW]: 16 kW (kaskādes tipa maks.) Priekšrocības: Šķiedru piegāde, augsts spilgtums, augsta efektivitāte (15–25%)

- Šķiedras lāzers
Viļņa garums: 1,08 μm; tuvs infrasarkanais stars
Lāzera medijs: Yb3+:SiO2 (ciets)
Vidējā jauda [CW]: 100 kW (maks. šķiedras savienojums) 

Lāzera staru piegāde:
Visi lāzeri no 532 nm līdz 1080 nm nogādā lāzeru metināšanas zonā, izmantojot elastīgu optisko šķiedru.
kabeli. Šķiedru piegādes ērtība ievērojami atvieglo lāzera integrāciju pabeigtajā lāzerā
metināšanas sistēmas. Parasti piegādes šķiedras garums ir no 5 līdz 15 metriem (m), lai gan tas var būt
līdz 50 m atkarībā no izmantotā lāzera veida. Tas nodrošina elastīgu lāzera pozicionēšanu,
kas var būt īpaši noderīgi noteiktām ražošanas līnijām.