Предыдущая статья на моем канале была посвящена теме лазера, в ней я освещал основные физические принципы, которые заложены в его работе. Если вы пропустили, то я настоятельно рекомендую ее прочесть, так как сегодняшняя публикация будет опираться на теоретический материал первой.
Как вы уже поняли, я планирую рассказать устройство и принцип действия первого созданного лазера. Стоит заметить, что основные принципы работы этого устройства соблюдаются во всех типах лазеров.
Мы с вами знаем, что первый лазер был создан Теодором Мейманом в 1960 году. Рабочим телом такого лазера служил розовый рубин (окись алюминия Al2O3 с внедренной примесью ионов хрома) со следующими размерами: диаметр 1 см, длина 5 см. Торцы такого стержня были параллельны друг другу, один из них покрывался непрозрачным слоем серебра, а другой мог пропускать около 8% падающего на него излучения.
Как мы уже выяснили в предыдущей статье, для нормальной работы лазера необходимо создать инверсионную населенность энергетических уровней. В лазере Меймана это осуществляется с помощью освещения кристалла мощной импульсной ксеноновой лампы, так называемая оптическая накачка лазера.
Ионы хрома, поглощая падающий на кристалл свет, переходят в возбужденное состояние. Далее происходит безызлучательный переход на метастабильный уровень, при котором вся выделившаяся энергия передается кристаллической решетке в виде тепла. Именно по этой причине этот лазер должен работать в импульсном режиме, ведь при сильном нагреве кристалла может произойти разрушение его решетки. Переход из метастабильного состояния в основное запрещен правилами отбора, поэтому ионы могут находиться в нем довольно долго.
Переход из метастабильного состояния в основное происходит путем вынужденного излучения, излучая фотон с длиной волны 694 нм. Благодаря наличию отражающих торцов, в лазере существует положительная обратная связь. То есть источником вынужденного излучения являются ранее испущенные фотоны, таким образом достигается высокая когерентность пучка света.
Так же вспомним, что излучение происходит в направлении фотона, вызвавшего это излучение. Эволюция оптического импульса приведена на рисунке ниже:
Подкачка переводит большинство ионов в возбужденное состояние. Далее происходит спонтанное излучение, именно в этот момент начинает развиваться лазерный пучок. Наибольшее развитие получают фотоны, которые направленны вдоль оси кристалла именно благодаря этому при последующих отражениях происходит селекция пучков фотонов. Начинают преобладать параллельные оси кристалла. Когда каскад наберет достаточную мощность, его часть выходит из полупрозрачного торца.
Лазер Меймана работает в видимом диапазоне излучения. Цвет его пучка темно-красный и обладает довольно высокой когерентностью и монохроматичностью.
Сейчас существует множество вариаций исполнения лазера: твердотельные, газовые, жидкостные, полупроводниковые. Все они различаются по своей конструкции. Но принципы работы остаются неизменными. Все они работают на вынужденном излучении, все они используют подкачку, для создания инверсной населенности энергетических уровней. Ставьте пальцы вверх, если тема лазеров интересна для вас и тогда я напишу еще статьи про интересные факты об этих устройствах. Подписывайтесь на канал, если вы еще не сделали этого!
