Так же смотреть билет 75

75. Лазеры. Принцип работы лазера на рубине. Трехуровневая схема. Активная среда. Оптический резонатор.

Лазер—в переводе — усилитель света с помощью вынужденного излучения. Мазер—то же, что и лазер, только для СВЧ диапазона эл.—м. волн. Басов, Прохоров, Таунс в 1953 г. впервые создали мазеры, за что и получили Нобелевскую премию. Впервые лазер( на рубине) создан в 1960 г. Мейманом.

Лазер—это генератор эл.—м. волн в видимой у.ф. или и.к. области, имеющий высокую степень когерентности и узкую направленность.

Принцип действия первого лазера Меймана:

Рабочим в—вом явл. Рубиновый стержень длиной 5 см. и диаметром 1 см. Рубин—Аl2O3+ 0.05% ионов хрома, которые имеют 3 рабочих энергетических уровня.Ионы хрома в основном состоянии находятся на первом энергетическом уровне. Возбуждение происходит с помощью мощной импульсной газоразрядной лампы. Лампа имеет форму спирали, питается от батареи аккумуляторов. В результате вспышки лампы накачки, ионы переходят из основного на 3 энергетический уровень. Однако время жизни их на этом уровне невилико(10—8с.) С 3—го уровня возможен их спонтанный переход на 1—ый уровень с излучением кванта либо безызлучательный переход на 2—ой энергетический уровень. Энергия ∆Е32 отдается кристаллической решетке, в результате чего рубин сильно разогревается. Время жизни ионов на 2ом

уровне в 100 тыс. раз больше чем на 3ем и сост. 10^—3секунд. Поэтому его называютметастабильным уровнем. На 2ом уровне накапливается большое число ионов. Создается так наз.Инверсная заселенность уровней, потому что на более высоком уровне (2ом) ионов больше чем на низшем(1ом) , а обычно на низшем больше. Со 2ого уровня на 1ый начинаются спонтанные переходы. При этом испускается фотон с энергией ∆Е₃₂=h*ν. Этот фотон проходя мимо возбужденного иона , находящегося на 2ом уровне вынуждает его переходить на 1ый уровень. , при этом испускается точно такой же фатон ( имеющий одинаковую частоту, фазу, поляризацию). Дальше движутся 2 одинаковых фотона. Они индуцируют вынужденный переход еще 2х ионов в основное состояние. Дальше движется 4 фотона и т. д. Нарастает ловина вынужденного когерентного излучения.

Для того чтобы увеличить мощность потока излучений, необходимо увелич. Путь прохождения в кристалле. Для этого торцы рубинового стержня полируют и покрывают слоем Аl. Один торец делают полностью отражающим, а 2ой около 8% излучений пропускают.Отраженные фотоны

Проходят цилиндр в обратном направлении и т.д. Мощность выходящего излучения нарастает . Лавина вынужденного когерентного излучения , выходящая из полупрозрачного торца и называется лазерным излучением. Оно имеет малый угол расходимости , расходимость зависит от расстояния и диаметров торцов.

Система из 2х параллельных зеркал , одно из которых непрозрачно , другое полупрозрачно наз. Оптическим резонатором.Он есть у любого лазера.

Длина волны лазерного излучения зависит от разности энергий 1ого и 2ого уровней . Для рубинового лазера Длина волны: 0.69мкм( вспышка красного света). Рубиновый стержень за счет безызлучательных переходов 3—2 сильно нагревается и поэтому может работать только в импульсном режиме.

Лазер—источник когерентного света, работающий на эффекте вынужденного излучения в активной среде с инверсной заселенностью энергетических уровней.

Импульсном лазеры могут излучать сверхкороткие (10^—12) и мощные (10¹²Вт) импульсы, КПД их невысок.