Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

silicium.dk

Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

Kapitel 6

Lasere

Et atom kan absorbere en foton, ved at fotonen rammer en elektron i atomet.

Hvis energien af fotonen er lig med energiforskellen imellem elektronens oprindelige

energiniveau og et højere energiniveau i atomet, vil elektronen absorbere

fotonen og hoppe op i et højere niveau.

Efter et stykke tid vil elektronen emittere en foton med samme energi, og

“falde ned” i det lavere energiniveau igen. Retningen og fasen af den nu udsendte

foton har ingen korrelation overhovedet med den oprindelige, absorberede foton.

Passerer en foton tæt forbi en elektron i en exciteret tilstand, og har denne

foton en energi, der er lig med elektronens energi i forhold til grundtilstanden,

kan den forbipasserende foton stimulere emission af en foton med samme energi

og samme fase, samt forårsage, at elektronen falder ned i det lavere energiniveau.

6.1 Opbygning

I laseren udnyttes stimuleret emission til at opbygge et meget energirigt, kohærent

optisk felt. En laser består af tre grundlæggende dele: pumpen, mediet og

resonatoren. Pumpen injicerer energi ind i mediet, hvori den stimulerede emission

foregår. Resonatoren sørger for at (det meste af) den genererede stråling

ikke undslipper laserkaviteten, men reflekteres tilbage igen. På denne måde opnås

den for lasere så karakteristiske høje grad af monokromacitet og kohærens,

da de fotoner, der reflekteres tilbage i kaviteten, bidrager yderligere til stimuleret

emission af endnu flere fotoner med samme frekvens og fase.

6.1.1 Mediet

Det ses, at det er nødvendigt at opretholde en populationsinversion i mediet,

som altså skal være af en sådan stofsammensætning, at dette er muligt. Pumpen

flytter elektroner i mediets atomer op i et højere energiniveau med kort

levetid, hvorfra de henfalder til det øverste laserniveau, der har en relativt lang

levetid. Herfra henfalder elektroner under udsendelse af laserfotoner til det nederste

laserniveau. Er laseren en tre-niveau-laser, flytter pumpen elektronerne

op i det øverste niveau igen. Er laseren en fire-niveau-laser, henfalder elektroner

fra det kortlivede, nederste laserniveau til grundtilstanden, før pumpen flytter

51

More magazines by this user
Similar magazines