جوف الليزر কী?

مثال 23.11 (ليزر الهليوم–نيون)

أنبوب زجاجي طوله $30\,\mathrm{cm}$، وتجويفه $1\,\mathrm{mm}$، فيه هليوم ونيون عند نحو جزء من ألف من الجوّ، يعبره تفريغ بضعة مليأمبيرات. وتثير الإلكترونات الهليوم إلى مستوٍ شبه مستقر عند $20.6\,\mathrm{eV}$، وهو يسلّم طاقته بالتصادم إلى مستوي نيون على الارتفاع نفسه تقريبًا؛ ومن هناك ينحلّ النيون إلى مستوٍ أدنى (يفرغ سريعًا إلى الحالة الأساسية — أي رباعي المستويات) بالإصدار عند $632.8\,\mathrm{nm}$. والربح عند الإشارة الصغيرة ضئيل، بضعة في المئة في كل مرور، فيجب أن تكون المرآتان ممتازتين ($R_1 = 0.999$، و $R_2 = 0.99$) والأنبوب نظيفًا؛ وخط الربح معرَّض دوبلريًّا إلى $\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}$، والأنماط متباعدة $c/2L = 500\,\mathrm{MHz}$، فيتذبذب نمطان أو ثلاثة معًا. والخرج $1\,\mathrm{mW}$ من أجل عدة واطات من التفريغ: أي مردود $10^{-4}$؛ لكن بطول موجة معيَّن حتى $10^{-6}$ وحزمة تبقى بعرض $1\,\mathrm{mm}$ عبر المخبر.

مثال 23.14 (القطع والقراءة والتأشير)

ليزر ثنائي أكسيد الكربون $1\,\mathrm{kW}$ عند $10.6\,\text{µ}\mathrm{m}$، ونصف قطر حزمته $10\,\mathrm{mm}$، مجمَّعًا بعدسة $f = 100\,\mathrm{mm}$: $w_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}$، وذروة الاستضاءة $2P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ — فيغلي الفولاذ. ومؤشر $1\,\mathrm{mW}$، $w_0 = 0.5\,\mathrm{mm}$ عند $633\,\mathrm{nm}$: $\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}$، أي بقعة $4\,\mathrm{cm}$ على $50\,\mathrm{m}$، واستضاءة $2.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2}$ عند المخرج — أي فوق ضوء الشمس، ولهذا يجب ألا يدخل حتى المليواط عينًا: إذ تجمّعه عدسة العين في بقعة $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ على الشبكية بملايين الواطات في المتر المربع. وقارئ قرص عند $650\,\mathrm{nm}$ بعدسة فتحتها العددية $0.6$ يجمّع في نحو $\lambda/2\mathrm{NA} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$، أي حجم حفرة.