Оптический квантовый генератор – лазер

Система атомов с инверсной населенностью уровней может быть использована также для генерации электромагнитного излучения. Для этого система располагается в резонаторе, состоящем из двух параллельных зеркал. После облучения активной среды мощным потоком излучения, более половины атомов переходят в метастабильное возбужденное состояние. Как только произойдет один спонтанный переход из метастабильного уровня на основной уровень, образуется фотон. При его движении в сторону одного из зеркал фотон вызывает индуцированное излучение других атомов и к зеркалу приходит целая лавина фотонов с энергией каждый. После отражения от зеркала лавина фотонов движется в противоположном направлении, попутно заставляя высвечиваться все новые возбужденные атомы и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока существует инверсная населенность уровней.

Опыт показывает, что генерация света возникает при длине L резонатора, кратной целому числу полуволн k: . В этом случае разность хода волн прямой и отраженной будет равна целому числу длин волн и происходит сложение амплитуд световых волн.

Из изложенного следует, что лазер имеет 3 основных компонента:

- активную среду, в которой может быть создано состояние с инверсной населенностью;

- систему накачки (устройство для создания инверсии в активной среде);

- оптический резонатор (устройство, формирующее выходящий световой пучок).

Первые лазеры были построены на кристаллах рубина с примесью хрома. Кристаллы имели форму цилиндра 1 (рисунок 32) диаметром 0,4-2 см и длиной 3-20 см. Торцы цилиндра 3 и 4 строго параллельны, на них нанесен отражающий слой. Одна из зеркальных поверхностей полупрозрачна (пропускает 8% светового потока). Рубиновый стержень помещен внутри импульсной спиральной лампы 2, являющейся источником возбуждающего излучения.

Атом хрома, поглощая излучение с длиной волны 560 нм, переходит с основного уровня на уровень с малым временем жизни. Поэтому большая часть атомов самопроизвольно переходит на метастабильный уровень . Процесс перевода атомов из основного в возбужденное состояние называют накачкой.

Достаточно одному атому хрома совершить спонтанный переход с метастабильного уровня на основной уровень с испусканием фотона, как возникает лавина фотонов. Процесс высвечивания завершается за с, а мощность светового излучения может достигать Вт, т. е. превышать мощность крупной электростанции.

В настоящее время различают следующие типы лазеров: твердотельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные лазеры.

Поиск по сайту: