Твердотельные лазеры

Поглощение и спонтанное излучение света кристаллами мы уже рассмотрели. Для получения вынужденного излучения необходима инверсия населенности энергетических уровней системы. Такая система может работать как усилитель или при введении положительной обратной связи, как оптический квантовый генератор (лазер). Вспомните рассмотрение этой темы в прошлом семестре, которую мы иллюстрировали рис.15.4,а и рис.15.4,б и закончили изучением принципов работы газового (He-Ne) лазера.

Исторически созданию газового лазера предшествовала разработка твердотельного лазера на рубине (Al₂O₃) с примесью (» 0,05 %) ионов хрома, замещающих атомы Al и создающих систему энергетических уровней в пределах широкой (» 6 эВ) запрещенной зоны рубина, рис.15.4,в. (Т. Мейман, 1960). Известный красный цвет рубина вызван наличием сильного поглощения синего и зеленого света, который и используется для накачки среды путем перевода электронов с основного уровня Е₁ на возбужденные уровни Е₃ и Е₄ ионов хрома, образующие две широкие полосы, рис.15.4(в). Через примерно 10^-8с эти электроны безызлучательно падают на метастабильные уровни Е₂ (выделяется тепло), на которых они могут находиться около 10^-3 с. Накопление электронов на уровнях Е₂ приводит к созданию инверсии населенности этих уровней по отношению к уровням Е₁. В результате спонтанный квант с энергией hn=E₂-E₁ вызывает вынужденные переходы электронов с уровней Е₂ на уровни Е₁ (красный свет с l=630 нм). Для получения лазера кристалл рубина изготавливают в виде цилиндра диаметром около 1см и длиной 10см, торцы которого отшлифованы и служат зеркалами. К.п.д. таких лазеров составляет несколько процентов.

В настоящее время в оптоэлектронике преобладают более миниатюрные и эффективные полупроводниковые инжекционные лазеры, которые представляют собой модифицированный вариант светодиодов.

Поиск по сайту: