Термы неона:

Группа из 10 термов конфигурации

1s22s22p53p (кратко 2p);

Группа из 4 термов конфигурации 1s22s22p54s (кратко 2s);

Группа конфигурации 1s22s22p55s

(кратко 3s).

Важно, что уровни 2s близки по вы- соте к уровню гелия 23S1, а уров- ни 3s - к уровню 21S0 гелия. Т.к.

излучательные переходы для гелия с этих уровней запрещены, то при электрическом разряде происходит накопление возбуж- денных атомов гелия, которые, сталкиваясь с атомами неона, переводят их на уровни 2s и 3s.

При концентрации He:Ne

≈ 10:1 заселенность уровней неона 2s и 3s оказывается больше, чем уровня 2p, т.е. соз- дается система с ин- версной заселенностью

и необходимые условия

для работы лазера. Пе- реход 3s→2p дает крас-

ный свет 632.8нм, а пе-

реход 2s→2p - инфра- красное излучение

1118-1207нм. Получена

генерация и на других длинах волн (всего 30).

Современный гелий-неоновый лазер отличается от

лазера Джавана только современным дизайном.

Стеклянная трубка заполнена газовой смесью низко- го давления. Перед началом работы производится

поджиг: молекулы газа ионизируются высоковольт-

ным импульсом. Ионы переводит в возбужденное состояние постоянный электрический ток. Трубка помещена между двумя зеркалами - полностью от- ражающим и полупрозрачным, через которое вы-

водится лазерное излучение.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ

Твердотельные лазеры работают на искусственно выращенных кристаллах рубина, алюмо-иттриево-

го граната и на стекле с примесью редкоземельно-

го элемента неодима.

Создание инверсной заселенности ("накачка") в та-

ких лазерах производится с помощью мощных импульсных ламп. Энергия световой вспышки пре- вращается в лазерный импульс.

Стержень из рубина вместе с импульсной лампой

накачки окружен отражателем и помещен между парой зеркал. Рубин представляет собой кристалл двуокиси алюминия Al2O3, в кристаллической ре-

шетке которого некоторые атомы алюминия заме-

щены ионами хрома Cr3+, которые и являются ак- тивными атомами в рубиновом лазере; их число

составляет ок. 0.05% от полного числа атомов.

Е1 - основной энергетический уровень, Е2 - первый возбуж- денный уровень, который является метастабильным

(время жизни ок. 3·10-3 с).

Полосами Е3 и Е3' обозначе- ны зоны, куда переходят ио- ны хрома при поглощении

излучения от лампы накач-

ки. Из этих зон ионы хрома переходят на уровень 2, где

накапливаются создавая ин-

версную заселенность. Пе- реход 2→1 происходит с из- лучением 690нм.

Полупроводниковые лазеры по

своему устройству и внешнему виду сильно отличаются от других

лазеров. Эти лазеры излучают за

счет квантовых p-n переходов ме- жду зоной проводимости и валент-

ной зоной. Излучающая область

лазера очень мала (длина ок. 1мм, толщина ок. 2мкм), но энергия из-

лучения достигает 10 Вт. Наибо-

лее распространенный материал для этих лазеров - арсенид галлия GaAs. Первый полупроводниковый лазер построил Р.Холл (США) в 1962 году.

ЛАЗЕРНАЯ УКАЗКА

Устройство лазерной указки. Источником питания (1) служат соединенные последовательно миниатюр- ные элементы питания с ЭДС 1.2 В каждый. Элект- ронная схема (2) с кнопкой включения смонтирова-

на в середине корпуса и подключена к лазерной

головке (3). Лазерное излучение имеет длину вол- ны от 630 до 680 нм и мощность ок. 1 милливатта.

Линза (4) фокусирует его в тонкий луч.

Свойства лазерного излучения во многом отличаются от свойств света, даваемого обычными источниками. Ла- зерное излучение является остронаправленным: угол расходимости лежит в пределах от 0.2 миллирадиан у гелий-неонового лазера до 0.02 радиан у полупровод- никовых лазеров, в то время как обычные источники излучают энергию одинаково во всех направлениях. Лазерное излучение является монохроматичным и ко- герентным. Благодаря этим отличиям энергия лазер- ного луча может быть почти вся собрана и сфокусиро- вана на малой площади, что невозможно для обычных источников света. Например, свет от дуговой ртутной лампы 1000 Вт (один из наиболее мощных обычных источников) с помощью линз и зеркал можно сфокуси- ровать до плотности мощности 100 Вт/см2, а излуче- ние от лазера мощностью 100 Вт - в пятно с плотнос- тью мощности 106 Вт/см2.