Лазеры

Вещества, атомы которых могут достаточно долго находиться в возбуждённом состоянии, способны не только усиливать свет, но и генерировать его. Первый такой генератор на основе индуцированного излучения был создан в 1954 г. российскими физиками Николаем Геннадиевичем Басовым (1922—2001) и Александром Михайловичем Прохоровым (1916—2002) и независимо от них американским физиком Чарльзом Хардом Таунсом (1915). Этот генератор излучал электромагнитные волны с длиной волны 1,27 см. В 1960 г. в США был создан первый лазер — оптический квантовый генератор.

Устройство и принцип работы лазера

3. Существует несколько различных типов лазеров: твердотельные, газовые, полупроводниковые, жидкостные и др. Первым лазером был твердотельный лазер, активной средой которого являлся рубин — корунд (Аl₂O₃) с примесью 0,05 % оксида хрома (Сr₂O₂).

Кристалл рубина цилиндрической формы длиной 3—20 см и диаметром 0,4—2 см помещается вдоль оси импульсной ксеноновой лампы, выполненной в виде спирали (рис. 147). Торцы цилиндра параллельны друг другу, хорошо отполированы, и на них нанесён слой серебра. Поверхность одного из торцов делают зеркальной, а другого — полупрозрачной. Ксеноновая лампа является источником возбуждающего излучения. Даваемые ею импульсы света длятся 10^-3 с, а мощность излучения составляет 10⁷ Вт.

Рис. 147

Атомы хрома, входящие в состав рубина, поглощают излучение ксеноновой лампы и переходят с энергетического уровня Е₁ на уровень Е₃. Время жизни атомов хрома в возбуждённом состоянии с энергией Е₃ мало. При этом время его перехода с уровня Е₃ на уровень Е₂ на два порядка меньше, чем с уровня Е₃ на уровень E₁. Поэтому большая часть атомов переходит с уровня Е₃ на уровень Е₂. Время жизни атома хрома на уровне Е₂ составляет 10^-3 с. Таким образом, в кристалле рубина существует большое число атомов в возбуждённом состоянии, которые пребывают в этом состоянии сравнительно большой промежуток времени.

При переходе атома хрома из состояния с энергией Е₂ в основное состояние с энергией Е₁ излучается фотон красного света с длиной волны 694,3 нм. Подобный переход одного из фотонов приводит к появлению лавины фотонов, излучаемых в различных направлениях. Те фотоны, которые летят вдоль оси цилиндра, многократно отражаются от торцов цилиндра и вызывают индуцированное излучение. Оно приводит к усилению волны.

Через полупрозрачный торец цилиндра выходит мощный кратковременный импульс красного света.

<<< К началу Окончание >>>