فیزیک ساده ی لیزر

باید با نظریه ترازهای انرژی اتمی شروع کنیم. احتمالا در شیمی، مدل "توپ تنیس" اتمها را به یاد دارید.در این مدل الکترونها روی مدارهای حول اتم قرار گرفتند، دو تا در لایه اول، هشت تا در لایه دوم، و الی آخر. پس برای اکسیژن با هشت الکترون شکل زیر را میتوان رسم نمود:

fig. 1

مدل توپ تنیس رد شد چون یک الکترون ممکن است فقط یک مقدار مشخصی انرژی نداشته باشد، بلکه محدود به یک سری مقادیر ثابت باشد. این مثالی است از کوانتیزگی. آثار فیزیکی دیگر محدود می شوند به شماره یا الکترونهایی که ممکن است یک تراز انرژی معین را اشغال کنند، اما این مساله در اینجا اهمیت زیادی ندارد.

الآن، ما باید یک اتم ایده آل با دو تراز انرژی و یک الکترون را بررسی کنیم. ( در حقیقت خیلی از اتمهای واقعی می توانند اینگونه رفتار کنند. اما در ابتدا به این سادگی نیستند.) الکترون ممکن است که در هریک از دو تراز انرژی باشد، بدین گونه:

 

 fig. 2

این مانند حالت شخصی است که فقط اجازه دارد روی یک صندلی، یا روی زمین (دو سطح مشخص) بایستد. الکترونی که روی سطح بالاتر است ممکن است به سطح پایین تر بیافتد. در این بازگشت باید مقدار انرژی ای برابر با تفاضل انرژی بین دو سطح را از دست بدهد. که این به خاطر وجود قانون بقای انرژی است. این انرژی به صورت نور آزاد می شود.

نور نیز کوانتیزه است. می توان آن را با گروههای فوتونی نمایش داد. هر فوتون، یک کوانتوم از انرژی نور راحمل می کند. مقدار انرژی در یک کوانتوم، وابسته به طول موج (رنگ) نور است.

  

 fig. 3

بنابر این می بینیم که هر فوتون در یک طول موج کوتاه مثل نور آبی با 470 نانو متر انرژی بالایی دارد، و در نور قرمز با 670 نانو متر انرژی پایینی دارد.

ما همه ی این موضوع را شرح نمی دهیم، تنها توضیحی برای درک بهتر ارائه می کنیم. نکته مهم اینست که طول موج نور وابسته است به انرژی یک فوتون آن . بنابراین الکترون ما در اتم ایده آل که یک فوتون با انرژی مشخص از دست داده، نور یک طول موج یا " رنگ " مشخص را ساتع می کند.

این در مسیر نور دیده شده. به عنوان مثال اتمهای سدیم انرژی الکتریکی می گیرند برای اینکه الکترونهاشان به ترازهای بالاتر بروند،سپس این الکترونها به محل اولیه و پایین تر باز میگردند و نوری با 589 نانومتر ساتع می کنند که مسیر نور را مشخص می سازد.

این فرایند گسیل خودبخودی نامیده شده است که در آن اتم خودبخود، بدون اثر عوامل خارجی، نور منتشر می کند. اگر اتم هنوز ایزوله (منزوی) نشده باشد اثرات دیگری نیز ممکن است رخ دهند. فوتونهای با همان انرژی تراز بالایی می توانند از انرژیشان برای حرکت یک الکترون از تراز پایین تر به تراز بالاتر استفاده کنند. این جذب نامیده می شود که فوتون در این فرایند نابود می شود. هرگاه یک فوتون با انرژی صحیح از یک اتم با الکترون آن در تراز بالاتر عبور کند، ممکن است باعث شود که الکترون به تراز پایین تر بیافتد. این گسیل القایی خیلی با گسیل خودبخودی تفاوت دارد. در فرایند خودبخودی فوتون می تواند در هر امتدادی حرکت کند در هر زمان منتشر شود، اما، گسیل القایی، سبب می شود فوتون منتشر شده در امتداد یکسان با فوتونهای گذرنده و در همان زمان حرکت کند.

 

fig. 4

سر انجام به لیزر ها میرسیم. کلمه ی لیزر بر گرفته شده از حروف اول کلمات Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation و به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابشاست. به همین دلیل باید همه چیز را در مورد گسیل القایی توضیح دهم. اگر ما اتمهای گروه N را داشته باشیم هر سه فرآیند گفته شده در بالا رخ می دهند برخی از آنها که N2 دارند، الکترونهاشان در تراز بالاتر و برخی که N1 دارند با الکترونهاشان در تراز پایین تر قرار می گیرند. در لیزر باید گسیل القایی بیشترین تاثیر را داشته باشد ( که بتوان ازمخفف حروف آن در ساخت واژه لیزر استفاده کرد). حال بیایید نسبت رخ دادن هر فرآیند را بررسی کنیم:

گسیل خودبخودی

این گسیل به وجود الکترون در تراز بالاتر وابسته است. طبق یک تناسب معین، الکترونهای تراز بالاتر در یک زمان معین منتشر خواهند شد، بنابراین:

این فرآیند به وجود الکترون در تراز پایین تر و نیز حضور یک فوتون در آنجا بستگی دارد. اگر تعداد فوتونها را n ،و نسبت برهمکنشی را که ممکن است رخ دهد b در نظر بگیریم خواهیم داشت:

گسیل القایی

این همان جذب است اما در اینجا الکترون باید به تراز بالاتر جهش کند:

میخواهیم بحث در مورد آخر راگسترش دهیم. a و b ثابت هایی هستند که مقدار آنها به نوع اتم مورد استفاده بستگی دارد و بنابراین تحت کنترل ما نیستند. پس برای گسیل القایی که بزرگتر از گسیل خودبخودی می شود، n باید بزرگ باشد – ما فوتونهای بسیاری در لیزر نیاز داریم. برای اینکه گسیل القایی بزرگتر از گسیل خودبخودی باشد باید N2 بزرگتر از N1 باشد- اکثر اتمها الکترونهایی که در تراز بالاتر دارند بیشتر از الکترونهاییست که در تراز پایین تر دارند. این یک وارونی است که برای الکترونهایی که در پایین ترین تراز انرژیشان قرار گرفته باشند، طبیعی است. این نکته از این حقیقت ناشی میشود که در نبود تا ثیر عوامل خارجی ، برای مثال نبودن فوتون n=0 ، تنها فرآیندی که می تواند رخ دهد گسیل خودبخودی است که اجازه خواهد داد هر الکترونی که در ابتدا در تراز بالاتر قرار دارد به تراز پایین تر بیافتد، و برعکس آن صادق نیست.

مشکل اساسی در تولید یک لیزر ساختن این وارونی لازم در جمعیت دو تراز است. توجه کنید که ما داریم در باره ی هر یک از اتمهای بسیار با تک الکترونی که ممکن است در یکی از دو تراز باشد صحبت می کنیم. ما نباید الکترونهای زیادی برای اتم در نظر بگیریم چون در این صورت حرکت آنها بین ترازها توسط قوانینی که تعیین میکنند که چگونه الکترونهای زیاد فقط یک تراز از یک اتم ویژه را اشغال کنند، محدود خواهد شد.

الآن ادعا می کنیم که یک وارونی داریم، N2 بزرگتر از N1 ، پس می توانیم حروف SE را از واژه ی LASER بگیریم. حال با استفاده از این امر چگونه نور را تقویت می کنیم؟ یک تک فوتون را در نظر بگیرید که به محیطی که اتمها در آن قرار دارند وارد می شود. این فوتون از نزدیکی اتمی که الکترون آن در تراز بالاتر است عبور کرده و سبب می شود که آن یک فوتون دیگر را گسیل کند که این فوتون دوم نیز طبق گسیل القایی در همان راستای فوتون اول حرکت خواهد کرد. الآن دو فوتون وجود دارد، هر یک از آنها می تواند باعث گسیل القایی در دو اتم دیگر شود و چهار فوتون بدست اید، و به همین ترتیب...

 

 fig. 5 

بنابراین ما تقویت داریم، که بعنوان یک فایده می شناسیم. ناحیه ی در بر گیرنده ی اتمها بعنوان کاواک تشدید شناخته شده. مرحله آخر در لیزر بدست آوردن اولین فوتون برای تقویت است. این کار توسط قرار دادن کاواک تشدید بین دو آیینه انجام میشود. این فرم به عنوان کاواک لیزر شناخته شده است.

fig. 6

در ابتدا نوری در کاواک وجود ندارد. تنها فرآیند ممکن برای اینکه اتمها تحت تاثیر قرار بگیرند، گسیل خودبخودی است، که به موقع خود رخ خواهد داد. در ابتدا، نور در هر راستایی بیرون از کاواک ممکن است حرکت کند، و بیش از همه از کاواک منحرف می شود. در هر حال از بین بیش از میلیونها فوتون منتشر شده توسط میلیونها اتم در هر محیط واقعی، در نهایت حدودا یک فوتون وجود دارد که دقیقا به سمت یکی از آیینه ها حرکت میکندو به کاواک تشدید بازتابیده می شود. حالا این اولین فوتون ماست. به محض اینکه این فوتون از کاواک تشدید عبور کند، باعث گسیل القایی میشود که در بالا شرح آن داده شد و در آخر توسط کاواک تشدید دهها فوتون خواهیم داشت. حال قسمت مهم اینست که همه ی این فوتونها در همان راستای فوتون اول حرکت می کنند، پس با آیینه ی دیگر به کاواک تشدید بازتابیده خواهند شد. این دهها فوتون هر یک سبب گسیل القایی می شوند،و وقتی که در بیرون از ناحیه به اولین آیینه رسیدند دوباره یکصد فوتون به کاواک تشدید بازتابیده شده و به 1000 فوتون افزایش می یابند و الی آخر...

 

fig. 7

بنابراین ما خیلی زود به فوتونهای زیادی می رسیم که در کاواک به عقب و جلو حرکت می کنند. بدیهی است که در این مورد ایده آل هیچ فوتونی از اشعه تقویت شده ی پیوسته اتلاف نمی شود، و تعداد فوتونها مدام رو به افزایش است. در یک لیزر واقعی بعضی فوتونها به دلایل مختلف تلف می شوند. یکی از این دلایل کاملا از روی عمد است. یکی از آیینه ها به منظور بازتاب تنها بخشی از نور ساخته شده، و نیز بمنظور نگهداشتن نور. پس این اشعه ی خروجی لیزر است و آیینه ی "سوراخدار" به عنوان متصل کننده ی خروجی بازگردانده می شود. شاید بعدا که تقویت کاملا جایگزین فوتونها از دست رفته از کاواک شود توسط متصل کننده خروجی یک حالت پایدار بدست آید. پس در هر زمان یک مقدار ثابت از فوتونها در کاواک وجود دارد. برای مثال یک لیزر با تقویت 1.12 (بیش از حالت واقع گرایانه از تقویت ده استفاده شده که قبلا توضیح داده شد) و یک متصل کننده خروجی که فقط 80% نوری را که داریم بازتاب می کند:

 

fig. 8

بنابراین اشعه خروجی فوتونهایی دارد که دارند در یک امتداد ثابت حرکت می کنند و همچنین طول موج (رنگ) ثابتی دارند که توسط ترازهای انرژی الکترونها در اتمهای کاواک تشدید مشخص می شوند.پس تا اینجا شما این را دارید. تا حدی گیج شدیدنه؟

لیزرها طبق نوع کاواک تشدید دسته بندی شده اند، برای مثال:

لیزرهای کوچک ارزان قیمت و با توان کم که در آن از نئون به عنوان کاواک تشدید استفاده می شود ( هلیوم در ایجاد وارونی نقش دارد). این همان لیزرهای قرمزی است که شما احتمالا در مدرسه دیده اید. یکی از ابتدایی ترین لیزرهای موجود.

این لیزر مس بخار شده نزدیک به c°1500 دارد. یک تخلیه الکتریکی در بخار مس ایجاد میکنند و الکترونهای مس را در لیزر به تراز بالاتر برانگیخته کرده، و یک وارونی ایجاد می کند. دو تراز بالاتر مختلف وجود دارد که این باعث می شود لیزر به دو صورت عمل کند و بنابراین اشعه خروجی فوتونهایی از دو طول موج خواهد داشت – سبز در 511 نانو متر و زرد در 578 نانو متر.

در اینجا اتمهایی که باعث تقویت می شوند، تیتانیوم هستند (Ti). این اتمها به مقادیر کم یاقوت کبود (Al2O3) اضافه شده اند. این مثل سنگ جواهر یاقوت کبود آبی رنگ نیست. خود یاقوت کبود، Al2O3 خالص، یک کریستال بدون رنگ است. وقتی که بطور طبیعی ساخته می شود ناخالصیهایی دارد (بیشتر آهن) که آن را آبی رنگ می سازد. تیتانیوم اضافه شده به یاقوت کبودی که ما بطور مصنوعی می سازیم قرمز است. وارونی با جذب نور از CVL ایجاد می شود، فرایندی که به نام مکش شناخته شده. این به این دلیل امکانپذیر است که اینها اتمهای دو ترازه ی ایده آل ما نیستند. اینجا چهار تراز فعال وجود دارد. اتمها توسط پمپ نور از CVL به بالاترین تراز برانگیخته شده اند. سپس به تراز میانی افت می کنند، و هنگامی که اشعه تحریک شده را به پایین ترین تراز می برند، قادرند که لیزر کنند ( لیزر کردن: منظور کاری است که لیزر انجام می دهد) :

 

fig. 9

واضح است که انرژی فوتون القایی کمتر از انرژی فوتون جذب شده در پمپ است، بنابراین طول موج بلندتری خواهد داشت. تیتانیوم:یاقوت در 780نانومتر عمل می کند.  فرق بین لیزری که پمپ میکند با یکی دیگر در اینست که اتمهای تیتانیوم در یاقوت همان رفتار اتمهای آزاد را ندارد.ترازهای انرژی الکترون آنها که توسط اتمهای دیگر در کریستال آشفته شده اند، گستره انرژی آنها را افزایش می دهد، و به بیش از نوارهایی از ترازهای گسسته می رساند. این به این معنی است که طول موجها در سرتاسر باند در محدوده ای می توانند باشند که بیش از فقط یک طول موج است. پس ما میتوانیم طول موج دقیقی را که می خواهیم انتخاب کنیم. در کل این ماده خیلی پیچیده ایست.

لیزرهای دیودی

اینها لیزرهای خیلی جدید و مورد توجهی هستند که برای ساخت این لیزرهای بسیار کوچک با استفاده از سیلیکون و دیگر نیمه رساناها از تکنیک های ساخت تراشه ی کامپیوتر استفاده می کنند. من دقیقا مطمئن نیستم که آنها چطور کار می کنند، اما همان خواص سیلیکون است که باعث می شود آن در تراشه کامپیوتر کار کند و نیز باعث می شود که آن به عنوان یک لیزر کار کند. این لیزر ها در CD player ها، دستگاه خواننده بارکد در سوپر مارکت ها ، لیزرهای راهنما در پرتاب موشک،آزمایشگاه من و غیره استفاده شده اند. از مزایای بیشتر این لیزرها اینست که خیلی کوچک هستند و در تبدیل توان ورودی الکتریکی شان به نور خروجی خیلی کارآمدند. در حقیقت یک نمونه ی بارز از بازده 70-80% هستند، در حالیکه یک CVL ، که یکی از کارآمدترین لیزرهای انواع دیگر است، نوعا 1% بازده دارد. تنها دلیلی که این لیزرها کاملا جهان لیزرها را در دست نگرفته اند اینست که آنها خیلی suceptable هستند برای خطر و هنوز توان نسبتا پایینی دارند ( بیشترین توان آنها در حدود 5 وات است در حالیکه CVL ،40 وات توان داردو بزرگترین CVL ها چند صد وات توان دارند.). این مشکلاتی که وجود دارند همچنان غلبه میکنند، و من روزی را می بینم که مجبورم لیزر تیتانیوم یاقوتم را طوری تنظیم کنم که با یک لیزر دیودی علاوه بر CVL پمپ بشود.

نوشته شده توسط ویلیا م وادسورس 1994

کلمه لیزر برگرفته از کلمات Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ، و به معنای تقویت نور توسط تابش اشعه برانگیخته شده است. لیزرها همواره در کاربردهای نظامی، بخصوص برای استفاده در هدف گیری، کنترل شلیک، و از این دست استفاده می شوند.این لیزرها یابنده ناحیه، نقش دهنده هدف، و شبیه ساز هدایت کننده آتش نامیده شده اند. لیزرها همچنین در مخابرات، رادارهای لیزری (LIDAR)، سیستمهای فرودگاه، اشاره گرهای لیزری، سیستمهای راهنمایی، اسکنرها، کار با فلز، عکاسی، ایجاد تصویر لیزری، و در پزشکی کاربرد دارند.

دراین متن کلمه لیزر به دستگاههای گسیل تابش الکترومغناطیسی که از تقویت نور توسط تابش اشعه برانگیخته شده در طول موجهای 180 نانومتر تا 1 میلیمتر استفاده می کنند، محدود شده است.طیف الکترومغناطیسی محدوده انرژی از اشعه گاما تا نیروی کهربایی را شامل می شود. شکل 1 تمام طیف الکترومغناطیسی و طول موجهای گوناگون این نواحی را نشان می دهد.

 

طول موجهای عمده اشعه لیزر برای کاربردهای ارتشی و بازرگانی محدوده طیف فرابنفش، مرئی، و مادون قرمز را در بر می گیرد. اشعه فرابنفش برای لیزرها مرکب است از طول موج 180 تا 400 نانومتر. ناحیه مرئی مرکب است از تابشی با طول موج 400 تا 700 نانومتر. این بخشی است که ما نور مرئی می نامیم. ناحیه مادون قرمز طیف مرکب است از تابشی با طول موج بین 700nm تا 1mm . اشعه ای که جذب پوست می شود فقط در چند لایه سطحی و کم آن نفوذ می کند. در چشم، تابش مرئی و مادون قرمز نزدیک از قرنیه عبور می کنند، وتوسط شبکیه چشم متمرکز شده و جذب می شوند. اینها طول موج نوری است که تاثیر نور مرئی را مشخص می کند: بنفش در 400 nm، قرمز در 700 nm، و رنگهای دیگر طیف مرئی بین این دو قرار دارند. وقتی که تابش جذب شد، تاثیر جذب در بافت زیستی می تواند فوتوشیمیایی، گرمایی، یا مکانیکی باشد: مثلا در ناحیه فرابنفش، عمل اولیه فوتو شیمیایی است؛ در ناحیه مادون قرمز، عمل در ابتدا گرمایی است؛ و در محدوده مرئی، هر دو اثر حاضر است. وقتی که شدت تابش به حد کافی بالا باشد، جذب توسط بافت منجر به آسیب خواهد شد.

تئوری لیزر و چگونگی عملکرد آن

فهمیدن اینکه لیزر چگونه کار میکند در شناختن خطرهای استفاده از لیزر کمک می کند. شکل 2 تابش الکترومغناطیسی منتشر شده از یک ذره باردار مثل یک الکترون که انرژی می گیرد را نشان می دهد. هر زمان که یک الکتروناز یک حالت انرژی بالاتر Q₁ به حالت انرژی پایین تر Q₀ بیافتد در یک اتم یا یون این اتفاق می افتد همانطور که در نور فلوئورسانس اتفاق می افتد. همچنین این اتفاق از تغییر در حالت ارتعاشی یا دورانی مولکولها رخ می دهد.

رنگ نور توسط فرکانس یا طول موج آن مشخص می شود. طول موجهای کوتاهتر فرابنفش هستند و طول موجهای بلند تر مادون قرمز. کوچکترین ذرات انرژی نور مانند فوتون، توسط مکانیک کوانتومی توصیف شده است. انرژی یک فوتون، E،توسط فرکانس آن،ν، و ثابت پلانکh مشخص می شود:

سرعت نور در خلاء، C، 300 میلیون متر در ثانیه است. طول موج نور، λ، طبق معادله زیر با ν در رابطه است:

اختلاف در ترازهای انرژی در جایی که یک الکترون برانگیخته می افتد، طول موج نور تابش شده را مشخص می کند.

 

شکل2:گسیل اشعه از یک اتم توسط انتقال گذار یک الکترون ازتراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایینتر.

اجزاء یک لیزر

همانطور که در شکل 3 نشان داده شده، سه جزء اساسی لیزر عبارتند از :

·        ماده لیزری ( کریستال، گاز، نیمه رسانا، رنگینه، و غیره...)

·        منبع دمش ( به ماده لیزری انرژی اضافه می کند، برای مثال لامپ برق، جریان الکتریکی که باعث برخورد الکترون می شود، تابش از یک لیزر و غیره)

·        کاواک نوری شامل بازتابنده ها برای اینکه بعنوان مکانیسم فید بک برای تقویت نور عمل کنند.

 

شکل3:  طرح کلی لیزر حالت جامد

الکترونها در اتمهای ماده لیزری معمولا در حالت پایدار تراز انرژی پایین تر اقامت دارند. وقتی که انرژی نور از لامپ برق به اتمهای ماده لیزری اضافه شود، اکثریت الکترونها به تراز انرژی بالاتر برانگیخته می شوند، پدیده ای که بعنوان وارونگی جمعیت می شناسیم. این برای این الکترونها یک شرایط ناپایدار است. آنها برای یک زمان کوتاه در این حالت خواهند ماند و سپس به حالت انرژی اصلی اش واپاشی می شود. این واپاشی به دو روش حادث می شود: واپاشی خودبخودی- الکترونها وقتی بطور تصادفی فوتونهای هدایت شده را منتشر می کنند، حقیقتا به حالت زمینه می افتند؛ و واپاشی برانگیخته (القایی) - فوتونها از الکترونهای واپاشی خودبخودی به دیگر الکترونهای برانگیخته شده برخورد می کنند و باعث می شوند آنها به حالت زمینه شان بیافتند. این گذار برانگیخته انرژی ای بشکل فوتونهای نور آزاد خواهد کرد که در فاز باهمان طول موج و در همان مسیر بعنوان فوتون تابع حرکت می کنند. اگر مسیر موازی با محور نوری باشد، فوتونهای منتشر شده در کاواک نوری سرتاسر ماده لیزری بین آینه تمام بازتابنده و آینه بخشی بازتابنده به جلو برمی گردند. با این روش انرژی نور تقویت شده، تا انرژی کافی برای انفجار نور لیزر ساخته شود که از آینه بخشی بازتابنده عبور کند.

همانطور که در شکل 4 نشان داده شده، یک محیط لیزری در آخر باید یک حالت برانگیخته (ناپایدار) داشته باشد که الکترونها بتوانند به مدت کافی طولانی (میکروثانیه یا میلی ثانیه) گیر بیافتند که یک وارونگی جمعیت اتفاق بیافتد. اگرچه لیزر ممکن است فقط با دو تراز انرژی عمل کند، اما بیشتر لیزرها چهار تراز یا بیشتر دارند.

 

شکل4: نمودار انرژی لیزر سه ترازه

سوییچ Q در حالت اپتیکی روشی است از تهییه پالسهای لیزر یک دوره زمانی خیلی کوتاه. یک بلور دوار بعنوان بازتابنده کامل در شکل 3 روش اولیه تهیه سوییچ Q بود. تنها در نقطه دوران که یک مسیر نوری واضح وجود دارد، انرژی نور اجازه خواهد یافت که عبور کند. امروزه برای یک دستگاه سوئیچ Q اغلب از یک دستگاه الکترو- نوری کدر معمولی (برای مثال یک pockels cell) استفاده می شود. در زمان استفاده از ولتاژ، دستگاه شفاف می شود، توسط اتمهای برانگیخته در کاواک نور ایجاد می شود سپس می تواند به آینه برسد بنابراین کیفیت آینه، Q، به یک تراز بالا افزایش می یابد و یک پالس لیزر با پیک توان بالا از مدت چند نانو ثانیه منتشر می کند. وقتی که فاز مدهای با فرکانس مختلف یک لیزر همزمان شوند (به هم قفل شوند)، این مدها با یکدیگر تداخل خواهند کرد و یک اثر ضربه تولید می کنند. نتیجه یک خروجی لیزر با ارتعاشات جاداده شده منظم است که "مد قفل شده" نامیده می شود. لیزرهای مد قفل شده بطور معمول رشته ای از پالسها را با مدت چند پیکو ثانیه تا نانو ثانیه تهیه می کنند که در نتیجه پیک توان بالاتری از همان لیزر که در مد سوئیچ Q عمل می کند دارد. لیزرهای پالسی اغلب برای تهیه پالسهای مکرر تهیه شده اند. فرکانس تکرار پالس، prf، مثل پهنای پالس در سنجش اثار زیستی خیلی مهم است.

انواع لیزرها

دیود لیزر، دیودی است که با یک کاواک نوری برای تقویت نور منتشر شده از گاف انرژی نور منتشر میکند که همانطور که در شکل 5 نشان داده شده، در نیمه رساناها وجود دارد و آنها می توانند توسط اختلاف جریان بکار رفته، دما یا میدان مغناطیسی تنظیم شوند.

 

شکل5: طرح لیزر نیمه رسانا

لیزرهای گازی همانطور که در شکل 6 نشان داده شده، از یک گاز تشکیل شده اند که در یک تیوپ پر شده در کاواک لیزر جا گرفته. یک ولتاژ (یک منبع پمپ اضافه) برای تیوپ تهیه شده که اتمها را در گاز برای وارونی جمعیت برانگیخته کند. نور منتشر شده از این نوع لیزر عموما موج پیوسته است (cw). توجه کنید که اگر پنجره های زاویه بروستر به تیوپ تخلیه گاز وابسته باشد، برخی تابش های لیزر ممکن است به بیرون از کاواک لیزر بازتاب شود. لیزرهای گازی بزرگ بعنوان لیزرهای دینامیک گازی شناخته شده اند که از یک مخزن سوخت و دهانه فراصوت برای وارونی جمعیت استفاده می کنند.

 

 شکل6: نمودار لیزر گازی

شکل 7 یک نمودار لیزر رنگینه ای را نشان می دهد. لیزرهای رنگینه ای یک ماده فعال در یک مایع معلق در اختیار دارند. سلول رنگینه محیط لیزری را شامل می شود. رنگینه های زیاد یا مایع معلق سمی هستند.

 

شکل7: نمودار لیزر رنگینه ای عادی

لیزرهای الکترون آزاد مثل شکل 8 توانایی تولید طول موجهایی از ناحیه میکرو ویو تا اشعه x را دارند. آنها با داشتن یک باریکه الکترون که در یک کاواک نوری از یک میدان مغناطیسی متحرک عبور می کند، عمل می کنند. تغییر جهت الکترونها توسط میدان مغناطیسی باعث می شود که آنها فوتون منتشر کنند.

 

شکل8: نمودار لیزر الکترون آزاد

هندسه باریکه لیزر ، طرح موج الکترو مغناطیسی عرضی (TEM) را نشان میدهد در عرض باریکه مشابه با میکرو موج در یک موجبر. شکل 9 برخی مدهای TEM معمول در یک مقطع عرضی باریکه لیزر را نشان می دهد.

 

شکل9: مدهای رایج باریکه لیزر TEM

عملکرد یک لیزر در مد TEM₁₀ می تواند بعنوان دو لیزر که در کنار هم عمل می کنند، در نظر گرفته شود. مد ایده آل برای بیشترین کاربرد های لیزر مد TEM₀₀ است و معمولا فرض شده که این مد به آسانی تجزیه خطرات لیزر را انجام می دهد. نور یک منبع معمولی بشدت پهن باند است (طول موجهای بین طیف الکترومغناطیسی را شامل می شود). اگر جایی برای قرار دادن یک فیلتر در جلوی یک منبع نور سفید یا پهن باند باشد که فقط یک باند خیلی باریک طول موج را بپذیرد، در حین خروج نور از فیلتر فقط یک نور تک رنگ دیده خواهد شد. نور لیزر شبیه به نوری است که از فیلتر دیده می شود. در هر صورت، به جای یک باند باریک طول موج هیچیک از آنها در مورد لیزر برتر نیستند، پهنای خط نازکتر نزدیک به فرکانس مرکزی غالب وجود دارد که از لیزر منتشر شده. رنگ یا طول موج نور منتشر شده به نوع ماده لیزری استفاده شده بستگی دارد. برای مثال، اگر Neodymium: Yttrium Aluminum Garnet (Nd:YAG) بعنوان ماده لیزری استفاده شود، نوری با طول موج 1064 نانومتر منتشر خواهد شد. جدول 1 انواع گوناگون موادی را که بطور رایج برای لیزر استفاده می شود و نیز طول موجهایی که توسط آن نوع لیزر منتشر می شود را شرح می دهد. توجه کنید که برخی مواد بخصوص و گازها قادرند بیش از یک طول موج منتشر کنند. طول موج نور منتشر شده در این مورد وابسته به ترکیب نوری لیزر است.

نور یک منبع نور معمولی همانطور که در شکل 10 مشخص شده بسرعت واگرا یا پخش می شود. شدت ممکن است در منبع زیاد باشد، اما همانطور که بیننده از منبع دور می شود بسرعت کاهش می یابد.

 

شکل10: واگرایی از منبع نور معمولی

در مقایسه، خروجی لیزر همانطور که در شکل 11 نشان داده شده، واگرایی خیلی کمی دارد و می تواند پرتوهای با شدت بالا را در طول نواحی نگهدارد. بنابراین، لیزرهای با توان پایین نسبتا قادرند که انرژی بیشتری در یک طول موج تنها در یک اشعه آزاد کنند که از آنچه که منابع نوری متعارف فراهم می کنند قوی تر و پر توان تر است.

 

شکل11: واگرایی منبع لیزر

برای مثال، یک لیزر که قادر است یک پالس 100mJ را در 20 ns ارسال کند یک پیک توان 5 میلیون واتی دارد. یک لیزر cw معمولا انرژی نوری خواهد داشت که در وات بیان شده، و یک لیزر پالسی معمولا خروجی اش در ژول بیان خواهد شد. چونکه انرژی نمی تواند ظاهر شود یا از بین برود، مقدار انرژی قابل دسترسی در خلاء در خروجی لیزر همان مقدار انرژی ای خواهد بود که در اشعه در همان نقطه دور از محل تابش شامل می شود (با مقداری که در اتمسفر از دست می رود). شکل 12 یک اشعه لیزر از همین نوع را نشان می دهد. مقدار انرژی در دسترس درون ناحیه مورد آزمایش بطور قابل توجهی کمتر از مقدار انرژی در دسترس درون باریکه خواهد بود. برای مثال، خروجی یک لیزر 100 mW می تواند در 1 cm² از همان ناحیه 40mW داشته باشد. در این مثال درخشندگی 40 mW/Cm² است.

 

شکل12: مثالی از درخشندگی

مواد می توانند پرتوهای نور را بازتاب کنند، جذب کنند، و یا انتقال دهند. بازتاب نور بهتر از همه توسط آینه شرح داده شده. اگر پرتو نور به یک آینه برخورد کند، تقریبا تمام انرژی ای که به آینه می رسد بازتاب خواهد شد. شکل 13 نشان می دهد که سطح یک پلاستیک یا شیشه چگونه روی پرتو رسیده عمل خواهد کرد. جمع انرژی عبور کرده، جذب شده، و بازتاب شده، با مقدار انرژی رسیده به سطح برابر خواهد بود.

اگر سایز عیوب و اختلافات سطح خیلی کوچکتر از طول موج پرتو نور رسیده باشد، سطح آینه ایست (یعنی مثل آینه). وقتی که بی نظمی ها بطور تصادفی جهت دار، و خیلی بزرگتر از طول موج باشند، پس سطح پراکنده در نظر گرفته می شود. در منطقه واسطه، گاهی لازم است که به پراکندگی و اجزاء وابسته به آینه بطور جداگانه توجه شود.

 

شکل13: برخورد پرتو نور با سطح شیشه ای

یک سطح آینه ای صاف واگرایی پرتو نور رسیده را به مقدار قابل توجهی تغییر نخواهد داد. اما، سطوح آینه ای منحنی می توانند واگرایی را تغییر دهند. مقداری که در واگرایی تغییر داده شده به انحنای سطح بستگی دارد. شکل 14 این دو نوع سطح را و اینکه چگونه پرتو نور رسیده را بازتاب خواهند کرد نشان می دهد. در واگرایی و انحنای بازتابنده بیش از حد اغراق شده تا اثرها را بهتر نشان دهد. توجه کنید که مقدار درخشندگی مقایسه شده در یک ناحیه خاص از بازتابنده، بعد از بازتاب از سطح منحنی، نسبت به وقتی که از سطح صاف بازتاب شود کمتر خواهد بود، مگر اینکه کانون بازتابنده منحنی نزدیک پرتو یا در آن ناحیه باشد.

سطح پراکنده، سطحی است که پرتو لیزر رسیده را در تمام جهت ها بازتاب می کند. وقتی باریکه لیزر به بازتابنده پراکنده می خورد، مسیر پرتو دیگر ادامه پیدا نمی کند. اینکه یک سطح بازتابنده پراکنده باشد یا یک بازتابنده آینه ای، به طول موج باریکه لیزر رسیده بستگی خواهد داشت. سطحی که برای یک باریکه لیزر مرئی یک بازتابنده پراکنده باشد، ممکن است برای یک اشعه مادون قرمز (برای مثال CO₂) یک بازتابنده آینه ای باشد. همانطور که در شکل 15 نشان داده شده تاثیر انحناهای گوناگون بازتابنده های پراکنده، روی اشعه های بازتاب شده اختلافات کوچکی می سازد.

اگر نور به یک واسطه جداکننده دو محیط عبور دهنده (مثل یک واسطه هوا- شیشه) وابسته باشد، مقداری از نور عبور خواهد کرد در صورتیکه مقداری از آن از سطح بازتاب خواهد شد. اگر هیچ انرژی ای در محیط واسطه جذب نشده باشد، T+R=1 ، که T و R به ترتیب ضرائب عبور و شکست نامیده می شوند. این ضرائب فقط به ویژگی های ماده و طول موج تابش بستگی ندارند، بلکه به زاویه برخورد نیز بستگی دارند. مقدار نور رسیده که بازتاب شده و مقداری که از ماده عبور کرده بیشتر به قطبش پرتو نور وابسته است.

زاویه ای که یک پرتو رسیده تابشی با حالت عادی شکل می گیرد، زاویه شکست و زاویه بازتاب را برای سطح مشخص می کند ( زاویه بازتاب برابر است با زاویه تابش). رابطه بین زاویه تابش (Φ)و زاویه شکست (′Φ) بشکل زیر است:

که n و n′ شاخصهای شکست محیطها یی هستند که پرتوهای تابش و عبور کرده به ترتیب در سرتاسر آن حرکت می کنند (شکل 13 را ببینید).

 

فیریک لیزر نور، تعریف واقعی نور چیست؟

تعریف دقیقی برای نور وجود ندارد، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌‌کنند. نظریه ماکسول درباره انتشار نور و بحث می‌‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که کوانتوم الکترو دینامیک نام دارد،شکل می‌‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟ گسترده طول موجی نور نور گستره طول موجی وسیعی دارد چون با نور مرئی کار می‌‌کنیم اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌‌گیرد امّا روش‌های مورد بحث می‌‌تواند در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌‌گیرد و تا فروسرخ دور گسترش می‌‌یابد. خواص نور و نحوه تولید سرعت نور در محیط‌های مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است.

به‌وسیله کاواک جسم سیاه می‌‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موج‌های مختلف مشاهده شده امّا مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌‌توان تولید کرد. ماهیت ذره‌ای ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است. ماهیت موجی هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (۱۶۹۵-۱۶۲۹)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد.

حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع. ماهیت الکترومغناطیس بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (۱۸۷۹-۱۸۳۱) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد. ماهیت کوانتومی نور طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد. نظریه مکملی نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابرین گفته می‌‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد بر خی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آن را نشان می‌‌دهد و برخی دیکر مانند پدیده فتوالکتریک، پدیده کامپتون و … با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند. پرتوهای دیگر برای این بخش از این مقاله منبعی نیامده‌است. لازم است بر طبق شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع منبعی برای آن ذکر شود. فروسرخ:پرتو فروسرخ یا مادون قرمز تابشی است الکترومغناطیسی با طول موجی طولانی تر از نور مرئی اما کوتاهتر از تابش ریزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئی با درازترین طول موج را تشکیل می‌دهد به این پرتو، فروسرخ یعنی پایین تر از سرخ می‌گویند.تابش فروسرخ طول موجی میان ۷۰۰ nm و ۱ mm دارد.

گاما:با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی است، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولاً اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می‌‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.فروپاشی گاما در فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است: AZX*——–>AZX + γ که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست. حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما نشر اشعه گامای خالص: در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولاً از ۲ کیلو الکترون ولت تا ۷ میلیون الکترون ولت است، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولاً نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد. حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی: در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترونهای اوژه، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی است. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است. با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد. حالت فروپاشی بصورت جفت: برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از ۱.۰۲ میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود. انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و ۱.۰۲ میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.

   گسيل و جذب نور   

توضيحات انيشتين درباره ي فوتوالكتريك بر اساس كارهاي قبلي پلانك استوار بود كه نظريه كوانتمي نور را براي بيان چگونگي تابش جسم سياه ارائه نمود . پلانك گسيل امواج الكترو مغناطيس را نوسان كننده هائي در داخل جسم سياه نسبت داد كه ايجاد ميدان الكتريكي ميكند . فرض مهم اين است كه اين نوسان كننده ها می توانند مقادير انرژی معيني را داشته باشند و اين انرژي ها مضرب صحيحي از است . مطالبي كه پلانك معرفي نموده امروزه به نظريه كوانتمي معروف است . اهميت نظريه كوانتمي در بحث ما اين است كه سيستم هاي اتمي داراي ترازهاي انرژی مجزا يا حالتهای انرژي هستند.

  نحوه ایجاد پرتو لیزر  

اولین شرط ایجاد لیزر ، داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: بلورهایی مثل یاقوت ، ایتریوم ، آلومینیوم گارنت ، () یا گازهایی مثل CO2 و He - Ne و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می‌توان از یک اتم برانگیخته بدست آورد.

چنانچه اتم و یا مولکول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتونی با فرکانس‌ v با اتم برانگیخته وارد برهمکنش شود. بطوری که
hv = E2 _ E1 باشد، در این صورت احتمال معینی وجود خواهد داشت که اتم به تراز پایینتر بیافتد. در نتیجه ، دو فوتون حاصل می‌‌شود، فوتون القا کننده و القا شونده ، که هر دو همفاز هستند.در عین حال ، اگر اتمهایی به تعداد N2 در تراز E1 باشند، می‌توانند با جذب فوتونهای فوق ، برانگیخته شده و به تراز انرژی E2 برسند.

چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، باید سعی شود که N2 >> N2 گردد، به عبارت دیگر ، تجمع معکوس رخ دهد. فرآیندی که طی آن تجمع معکوس صورت می‌‌گیرد، دمش می‌نامند. وقتی یک سیستم دو ترازی با محیط اطراف خود در حال تعادل گرمایی باشد، جمعیت تراز انرژی بالاتر Nj کمتر از جمعیت تراز Ni خواهد بود. با استفاده از فرآیند اشباع شدن می‌توان Ni را با Nj مساوی گردانید. بطوری که مقدار جذب به صفر تنزل یابد.

چنانچه بتوان مقدار Nj را بیشتر از Ni نمود، اکثر اتمهای سیستم که به حالت برانگیخته می‌‌روند، تمایل خواهند داشت که به حالت انرژی کمتر برگردند. بدیهی است که این تمایل به وسیله کوانتای تابش فرودی تشدید می‌گردد. بدین معنی که سیستم نه تنها فوتون فرودی را جذب نمی‌کند بلکه فوتون فرودی باعث برانگیختگی سیستم برانگیخته شده که با سقوط به حالت پایینتر دو کوانتا انرژی تابشی از دست می‌دهد (فوتون مربوط به اتم برانگیخته به همراه فوتون فرودی). تمام این فرآیندها تابش لیزر را بوجود می‌آورند.

قرار دادن محیط تولید لیزر در یک مشدد نوری با انتهای آینه‌ای که تابش را در محیط تولید لیزر به جلو و عقب می‌فرستد، سبب تراکم تابش سطوح بالا در تشدید کننده بوسیله ادامه گسیل القایی می‌شود. سپس تابش لیزر از طریق آینه‌ای نیمه شفاف ، از یک انتهای کاواک به بیرون گسیل می‌شود.

  آینه‌های لیزری 

یکی از دو آینه‌ای که در مشدد لیزری بکار می‌رود، باید بازتابنده کامل نور باشد. دستیابی به چنین آینه ایده‌آلی عملاً غیر ممکن است. لذا این آینه باعث ایجاد اتلاف حین انعکاس نور از روی آن خواهد شد. میزان ضریب انعکاس و عبور آینه دوم نیز بسیار مهم است. زیرا هر چه قابلیت عبور این آینه بیشتر باشد، باعث ایجاد اتلافات بیشتر در مشدد خواهد شد.

ازطرف دیگر با افزایش ضریب عبور این آینه ، درصد خروجی انرژی از مشدد لیزر نیز بیشتر می‌شود. در نهایت حد معینی برای این تغییرات وجود دارد که در انتخاب قدرت عبور این آینه محدودیت بوجود می‌آورد. درصد بازتابندگی یا ضریب انعکاس این آینه چیزی حدود 98% می‌باشد که در لیزرهای مختلف کمی تفاوت می‌کند.