Индуцированное излучение

Лазеры – оптические квантовые генераторы

В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность вынужденных переходов, которые должны сопровождаться индуцированным излучением.

Под индуцированным излучением он понимал излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света, т.е. атом переходит в низшее состояние, но не самопроизвольно, а вынужденно, под действием внешней световой волны. Если при этом на атом, находящийся в высшем энергетическом состоянии , подействовать одним фотоном энергией , то при переходе атома

в основное состояние получается уже два фотона: падающий и индуцированный (рис. 17.8) . Для того чтобы получить усиление падающей волны, нужно сделать так, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией . В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную заселенность. Энергетически наиболее выгодной схемой создания инверсной заселенности является трехуровневая система (рис. 17.9), содержащая

Рис. 17.9. метастабильный уровень –уровень.

Лазер на розовом рубине, , в котором некоторые атомы алюминия замещены ионами (именно в таком виде хром находится в кристалле рубина). При поглощении света ионы переходят из основного состояния в возбужденное состояние (переход ). Безизлучательный переход разрешен (рис. 17.9). Создается инверсная заселенность. С метастабильного уровня некоторые ионы хрома могут спонтанно перейти в состояние , излучая фотоны света. Под действием этих фотонов происходит каскад вынужденных переходов соседних атомов на уровень 1, сопровождающихся индуцированным излучением. Рубиновый лазер является импульсным генератором света.

Гелий –неоновый лазер. Рабочим телом является смесь газов и ,. Накачка производится с помощью высокочастотного электрического поля, вызывающего в газе тлеющий разряд. Легкие атомы гелия под действием электрического поля возбуждаются и переходят на уровень (рис. 17.10). В процессе неупругого соударения атомы передают энергию атомам , которые, возбуждаясь, накапливаются на двух метастабильных уровнях и , с которых они переходят на уровень с излучением света двух волн с длинами волн: и .

Рис. 17.10