โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์

เครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์จะต้องมีองค์ประกอบที่สำคัญ ๓ ส่วน ดังนี้

๑. ตัวกลางเลเซอร์ (laser medium)

ได้แก่ วัสดุที่ต้องการกระตุ้นให้เกิดการปล่อยแสงเลเซอร์ ซึ่งอาจเป็นแก๊ส ของแข็ง ของเหลว หรือสารกึ่งตัวนำ

๒. ออปทิคัลเรโซเนเตอร์ (optical resonator)

ได้แก่ กระจก ๒ แผ่น ซึ่งได้กล่าวรายละเอียดในหัวข้อที่แล้ว

๓. แหล่งกำเนิดพลังงาน (energy source)

            เพื่อใช้ในการกระตุ้นให้อะตอมอยู่ในสภาวะที่เป็นประชากรผกผัน การให้พลังงานแก่อะตอมหรือการปั๊มทำได้หลายวิธี เช่น ถ้าตัวกลางเลเซอร์เป็นแก๊ส ต้นกำเนิดพลังงานที่ใช้คือ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงกำลังสูง เพื่อทำให้แก๊สเกิดการปล่อย (discharge) กลายเป็นพลาสมา และถ้าตัวกลางเป็นของแข็งหรือของเหลว จะใช้ต้นกำเนิดพลังงานที่เป็นแสง เช่น แสงจากหลอดไฟแฟลช หรือแสงจากหลอดอาร์ก

โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์

องค์ประกอบและหลักการดังกล่าว สามารถอธิบายได้ดังภาพแสดงขั้นตอนของการกำเนิดแสงเลเซอร์ ดังนี้

            เมื่อจ่ายพลังงานให้ตัวกลางเลเซอร์ อะตอม (หรือโมเลกุล) ของตัวกลางจะถูกกระตุ้นหรือปั๊มจากสถานะพื้น ให้ไปอยู่ที่สถานะกระตุ้น C (แทนด้วยจุดดำในแผนภาพ) หลังจากนั้นอะตอมแต่ละตัวก็จะปล่อยโฟตอนออกมาแบบเกิดเอง โดยแต่ละโฟตอนมีทิศใดๆ ก็ได้ เช่น อะตอม A ปล่อยโฟตอนออกมาทางด้านข้าง ซึ่งโฟตอนตัวนี้ จะผ่านตัวกลางออกมา โดยที่ไม่มีประโยชน์ต่อการเกิดแสงเลเซอร์แต่อย่างใด แต่อะตอมบางตัว เช่น อะตอม B ที่ปล่อยโฟตอนออกมา ในแนวแกนของตัวกลางเลเซอร์ จะเป็นโฟตอนที่มีประโยชน์ต่อการเกิดแสงเลเซอร์ เพราะเมื่อไปชนอะตอมที่อยู่ในสถานะกระตุ้น เช่น อะตอม C จะทำให้อะตอม C ปล่อยโฟตอนออกมาแบบเร้าอีก ๑ ตัว โดยโฟตอนทั้ง ๒ ตัวจากอะตอม B และอะตอม C เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันจนกระทั่งออกจากตัวกลางไปชนกระจก M1 และสะท้อนกลับเข้ามาในตัวกลางอีกครั้งหนึ่ง แล้วทำให้เกิดการปล่อยโฟตอนแบบเร้าเพิ่มขึ้น โดยการสะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างกระจก M1 และ M2 จะทำให้เกิดการขยายจำนวนโฟตอนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงจุดแกว่งกวัดของเลเซอร์ โฟตอนบางตัวจะทะลุผ่านกระจก M2 ออกมาได้ แล้วเกิดเป็นแสงเลเซอร์ ส่วนโฟตอนที่เหลือจะสะท้อนกลับเข้าไปในตัวกลาง เพื่อทำให้เกิดการขยายโฟตอนแบบเร้าต่อไป