ناحیه فعال لیزر

ناحیه فعال لیزر ( به انگلیسی: laser active medium ) یا محیط فعال لیزر همچنین با نام محیط بهره و محیط لیزری ( به انگلیسی: gain medium و lasing medium ) ، منبع بهره نوری در لیزر است. عامل این بهره، گسیل تحریک شده است که از سقوط الکترون ها و اتم ها از سطح انرژی بالا به سطح انرژی پایین ایجاد می شود. در یک لیزر نیمه هادی، محیط فعال همان ناحیه تخلیه بین دو نیمه هادی نوع N و P است که الکترون ها و حفره ها با هم ترکیب شده و پس از تبدیل شدن به فوتون، طی فرایند گسیل تحریک شده، تقویت گشته و از لیزر خارج می شوند.
نمونه هایی از محیط فعال لیزری عبارتند از:
• برخی از بلورها که معمولاً با عنصرهای خاکی کمیاب زمین ناخالص شده اند ( به عنوان مثال نئودیمیم با ایتربیم یا اربیم ) یا یون های فلز واسط ( تیتانیوم یا کروم ) و اغلب ایتریم آلومینیوم گارنت ( Y3Al5O12 ) یا یاقوت کبود ( Al2O3 ) ; [ ۱]
• مواد آمورف، مثلاً شیشه هایی از جنس سیلیکات یا فسفات ناخالص شده با یون های محیط فعال لیزر؛[ ۲]
• گازها، به عنوان مثال مخلوطی از هلیوم و نئون ( HeNe ) ، نیتروژن، آرگون، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن یا بخارات فلزی؛[ ۳]
• نیمه هادی ها، مانند گالیوم آرسنید ( GaAs ) , ایندیوم گالیوم آرسنید ( InGaAs ) یا گالیم نیترید ( GaN ) . [ ۴]
• مایعات در قالب جوهر محلول در آب که در لیزر جوهری استفاده می شود. [ ۵] [ ۶]
به منظور آغار بکار لیزر، محیط فعال باید در شرایط وارونگی جمعیت باشد. برای به وجود آوردن چنین شرایطی، به یک منبع انرژی خارجی به نام «دمنده» نیاز است. دمش ممکن است توسط جریان الکتریکی ( مانند نیمه های ها یا گازها با تخلیه در ولتاژ بالا ) یا با نور تولید شده توسط لامپ تخلیه در گاز یا یک لیزر دیگر صورت گیرد. در لیزرهای غیر معمول، از واکنش های شیمیایی، شکافت هسته ای یا اشعه الکترونی با توان بالا برای دمش استفاده می شود. [ ۷]
یک مدل جهانی معتبر برای همه نوع لیزر وجود ندارد. [ ۸] ساده ترین مدل شامل دو سیستم زیر سطحی است: سطح بالا و پایین. در هر یک از زیر سطح ها، انتقال سریع برای حصول اطمینان از رسیدن سیستم به تعادل حرارتی صورت می پذیرد که از توزیع آماری ماکسول - بولتزمن هم چنین بر می آید. ( شکل ۱ ) . فرض می شود که سطح بالا نیمه پایدار است.
برای عملکرد بهتر محیط بهره، فاصله بین دو زیر سطح ( باند ممنوع ) باید بزرگتر از دمای محیط کار باشد؛ در غیر اینصورت در فرکانس دمش   ω p   ، جذب، غالب می شود و نه گسیل.