Главная >> Учебник по физике для 11 класса. Генденштейн. Дик

§ 31. Лазеры. Квантовая механика

 

       

Принцип действия лазера (окончание)

Из рубинового кристалла вытачивают стержень (со строго параллельными торцами!) и навивают на него трубку газоразрядной лампы, которую называют лампой накачки (рис. 31.4).

    лампа накачки

Под действием света лампы накачки атомы хрома переходят с основного уровня 1 на уровень 3 (см. рис. 31.3), а затем — практически сразу — на метастабильный уровень 2. Переходы на этот уровень обусловлены в основном передачей энергии кристаллической решетке.

В результате этих переходов накапливается большое число атомов на метастабильном уровне 2, то есть возникает, как говорят, перенаселённость метастабильного уровня 2.

Среда, в которой самым населённым является один из возбуждённых уровней атомов, называется активной. Такая среда обладает запасом энергии, который делает возможным лавинообразный процесс вынужденного излучения.

Но создать активную среду ещё недостаточно: если «вынужденно излучённые» фотоны сразу же вылетят из неё, лавина не возникнет. Для её возникновения надо каким-то образом «задержать» излучённые фотоны в среде. Но как это сделать? Ведь фотоны не остановишь: они всегда движутся со скоростью света.

Учёные догадались, что задержать фотоны всё-таки можно — для этого надо продлить их путь с помощью отражения.

С этой целью параллельные торцы кристалла покрывают тонким слоем серебра, делая их зеркальными. Отражаясь от торцов, фотоны, летящие вдоль оси кристалла, проходят через кристалл многократно — туда и обратно. При этом вследствие вынужденного излучения их число лавинообразно увеличивается, в результате чего в кристалле быстро нарастает излучение, направленное вдоль оси кристалла (рис 31.5, а).

    излучение

Чтобы выпускать часть этого излучения наружу, один из торцов делают частично прозрачным. Выходящее из этого торца излучение и представляет собой луч лазера (рис 31.5, б).

Таким образом, все вылетающие из лазера фотоны имеют одинаковую частоту и одно и то же направление.

<<< К началу