Рубиновый лазер

Один из первых генераторов когерентного света, работающих по схеме трех уровней с твердым телом в качестве активной, усиливающей среды, был создан в 1960 году. Активным веществом является рубин. Это окись , в которой часть атомов замещена на . Активным веществом в рубине являются ионы хрома. От содержания хрома зависит окраска рубина. Обычно хрома в рубине . Длина рубинового стержня берется в пределах см, диаметр см. (рис. 7.)

Схема рубинового лазера.

Рис.7. - непрозрачное зеркало, - полупрозрачное зеркало.

Накачка рубина осуществляется ксеноновой лампой, работающей в импульсном режиме. За с лампа потребляет несколько тысяч джоулей энергии. Мощное излучение ксеноновой лампы переводит ионы из состояние на широкую полосу (рис. 8).

Рис.8.

С этого уровня через с они самопроизвольно безизлучательно переходят в состояние 2. Время жизни этого уровня велико. Это метастабильный уровень. Здесь скапливается большое число атомов. Уровень 2 оказывается инверсионно заселенным по сравнению с уровнем 1. Возникновение инверсии уровней 2 и 1 способствует малая вероятность спонтанных переходов ионов с уровня 2 на уровень 1. Достаточно одному из ионов хрома перейти из состояния 2 в состояние 1, как начинается лавинообразный процесс лазерной генерации. Длина волны лазерного луча для рубина равна 694,3нм. Эффект усиления света, основанный на индуцированных переходах, можно увеличить путем многократного прохождения усиливаемого света через один и тот же слой усиливающей среды. Для этого торцы рубина делают зеркальными. Рассмотрим фотон, который движется параллельно оси кристалла. Он рождает лавину фотонов, летящих в том же направлении. Часть этой лавины частично пройдет через полупрозрачное зеркало , а часть отразится, и будет нарастать в активной среде. Когда лавина фотонов дойдет до непрозрачного зеркала , она отразится, и будет вновь двигаться как первоначальный затравочный фотон, переводя все новые атомы из в . Расстояние между зеркалами . Усиливаться будет та длина волны , для которой выполняется условие , где - целое число, - это путь, который волна проходит между двумя отражениями. Тогда отраженная и бегущая волна будут в одной фазе, и при их сложении будет резко возрастать амплитуда результирующей волны. Остальные длины волн не удовлетворяющие условию будут гаситься. Волны, идущие не параллельно оси кристалла выйдут через боковые грани. Поток становится строго направленным монохроматичным. Когда мощность луча достигает , он вырывается через полупрозрачное зеркало.

Рубиновый лазер работает в импульсном режиме. Меняя положение зеркал можно добиться мощности , длительностью с.

В настоящие время созданы лазеры на жидкостях, полупроводниках и газах.