Einsteinovy koeficienty stimulované emise: Vysvětlení a souvislosti

14.04.2026

Elektromagnetické záření se skládá z vln magnetického a elektrického pole, které jsou navzájem kolmé. Záření se ve vakuu šíří rychlostí c = 300 000 km/s. Elektromagnetické záření se orientačně dělí na základě vlnové délky (resp. frekvence).

Základní principy laseru

Laser využívá jevu stimulované emise elektromagnetického záření aktivních částic. Aktivní prostředí laseru je umístěno v rezonátoru. Čerpací zařízení dodává do aktivního prostředí energii a zajišťuje tak tzv. inverzní populaci, kdy je na vyšších energetických hladinách více částic než na hladině základní. Stimulovanou emisí dochází k zesílení laserového záření. Svazek o vysoké intenzitě opouští aktivní prostředí polopropustným zrcadlem.

Před stimulovanou emisí je upřednostňován jev absorpce. Aktivní prostředí částečně propustné zrcadlo stimulovanou emisí. Intenzita opouští aktivní prostředí polopropustným zrcadlem.

Typy laserů

Mezi nejpoužívanější pevnolátkové lasery patří Nd:YAG laser. Pro buzení iontů se nejčastěji používají bloky laserových diod. V systému však musí být zařazen „Q-přepínač“. K laserovému svařování, řezání a vrtání se využívají lasery s vlnovou délkou 1064 nm. Laserový svazek lze modulovat na jiné vlnové délky, typicky 532 a 266 nm.

Interakce laseru s materiálem

Interakce s elektromagnetickým zářením závisí na vlastnostech materiálu (index lomu a absorpční koeficient α) či složení exponovaného materiálu. Při dostatečně vysoké intenzitě může docházet k tavení nebo ablaci. Nižší hustotou tvoří horní energetickou hranici valenčního pásu. Chalkogen je za normálních podmínek nevazebný. Pulzní laser může vést k ablaci.

Fotoindukované jevy

Absorpce záření závisí na typu materiálu. Energie je přeměněna na teplo, což se projevuje při použití laserů s dobou pulsu > ns. Pro fototermální procesy je důležité umět modulovat tok tepla uvnitř materiálu. Fototermální jevy zahrnují tepelně aktivované procesy, tavení povrchu a ablaci. Ablace je založena na foto-fyzikálních principech, odpařování a fragmentaci do okolí.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Účinnost ablace závisí na vlnové délce a energii laseru. Vyšší lokální přehřátí je dáno schopností fokusace.

Optické vlastnosti skel

Dopadající záření může být částečně absorbováno. Absorpční koeficient α je charakteristický pro daný materiál. Absorpce je závislá na frekvenci záření. Rozlišujeme dva absorpční mechanismy: intrinsický a extrinsický. Intrinsická absorpce je charakteristická pro daný materiál resp. vibrační a elektronovou strukturou. Spektrum extrinsické absorpce souvisí s defekty struktury nebo cizí atomy či molekuly v substrátu. Extrinsická absorpce se projevuje pod absorpční hranou propustnosti.

V závislosti na složení se absorpční hrana propustnosti pohybuje v rozmezí od 0,5-1 μm. Sulfidická skla mají nejnižší propustnost, telluridová skla naopak nejvyšší.

Odrazivost a propustnost

Index lomu vzduchu je n´= 1. Index lomu je definován jako poměr velikostí rychlostí šíření světla ve dvou optických prostředích. Hodnotu indexu lomu lze měnit v intervalu 2-4 v závislosti na jeho složení. Větší zastoupení chalkogenu s vyšším atomovým číslem vede k většímu indexu lomu. Absorpce souvisí s exponenciálním absorpčním koeficientem α, kde k´ je index pohlcení a λ je vlnová délka. Index pohlcení k´ popisuje absorpci.

Chalkogenidová skla

Chalkogenidová skla neobsahují kyslík. V technologické praxi jsou využívána především pro jejich unikátní vlastnosti. Sklotvornost závisí na systému, navážce, rychlosti a způsobu chlazení. Vyšší rychlost chlazení zvětšuje oblast sklotvornosti. Energie zakázaného pásu Eg se pohybuje mezi 1-3 eV v závislosti na složení. Chalkogenidová skla bývají označována jako polovodiče s volným elektronovým párem. Absorbují elektromagnetické záření, které je často provázeno různými fotoindukovanými jevy. Používají se pro aktivní i pasivní elementy, jako jsou např. mikročočková pole nebo vlnovody.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Skla systému GexSe100-x

Strukturu chalkogenidových skel lze vysvětlit na základě tzv. pravidel valenční valence a strukturních jednotek. Například sklo GeSe2 má strukturní jednotku [GeSe4/2], protože všechny valenční elektrony Ge vytvoří vazbu se selenem. V nestechiometrických systémech se nachází kromě strukturní jednotky [GeSe4/2] také homo-vazby Ge-Ge. Nadbytek Se vede k vytvoření vazeb Se-Se. Můstky spojují strukturní jednotky [GeSe4/2].

V eutektiku je tendence k tvorbě skla největší. Oblast sklotvornosti se nachází v rozmezí 55-100 at.% Se. Hustota skla silně souvisí se strukturou. Zvyšování obsahu Ge do 40 at. % vede k postupnému nárůstu prostorového uspořádání. Hodnoty mikrotvrdosti skla znatelně rostou od 10 at. % Ge. Přidávání Ge vede k vytváření jednotek [GeSe4/2], čímž vznikne pevnější struktura skla.

Tabulka: Parametry laserové ablace