レーザーの原理・歴史について




物質は原子の組み合わせで構成されており、いくつかの原子が結合し合うと分子ができます。

普通の分子に光が入射すると、その光の持っているエネルギーを蓄えて、より活発な分子の状態に変化します。
このよりエネルギーの高い状態を励起状態と言います。

下の図は、左から来た光を分子が吸収して励起状態になるのを示しています。
これを吸収と言います。
これとは逆に、上図の様な光の吸収などによって励起している分子が、ある特定の光によって刺激を受けた時には、分子はその光と全く同じ波長を持つ光を、やってきた光と同じ方向に、かつ同じ位相で放出します。

その変化を下の図に示しました。
左から来た光に刺激されて、励起分子は同じ波長の光を同じ位相で右に放出しています。
その際に分子は光を放出した分だけエネルギーが減って、元の励起していない分子の状態に戻ってしまいます。
これを誘導放出と言います。
誘導放出はレーザーの発振に最も重要な事なのですが、せっかく出た誘導放出の光も周りにいる励起していない分子に吸収されてしまいがちです。

そこで周りの分子も、何とかみんな励起状態にしてしまいます。そうすると・・・

上の図のように、光はどんどん増幅され、進行方向が等しく、位相のそろった光が得られます。

このように、励起状態のたくさん存在する状態を反転分布と言います。
何が反転なのかというと、普通、励起していない分子は励起状態の分子より数が多いはずですが、励起状態の分子の方が、励起していない分子よりも数が多いのでその比が逆転していると言う意味です。

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