|
Меню сайта
Статистика
|
ЛазерЛазерВ 1960 г. появился необычайный источник света — квантовый световой генератор. Он может испускать лучи в миллиарды раз ярче солнечных. Назван он лазером. Это слово составлено из первых букв английского названия генератора: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский означает — усиление света с помощью вынужденного излучения. Длина волны света, генерируемого в лазерах различного типа, лежит между 0,25 мк и несколькими микронами. Сначала были созданы лазеры, в которых основной деталью — излучающим телом — был искусственный рубин, размерами и формой напоминающий обычный карандаш. Рубин — это прозрачный, розоватый кристалл Аl2O3 с примесью Cr2O3. Чтобы понять, почему рубин может быть излучающим телом, надо разобраться в энергетических уровнях его атомов. На рисунке 16 показана схема энергетических уровней иона хрома Cr+++ в розовом рубине. Наименьшей энергии иона хрома соответствует уровень 1, т. е. уровень его основного состояния. Возбужденным состояниям иона соответствуют уровень 2 и полоса 3, в которой много энергетических уровней. Облучая кристалл белым светом, можно перевести ионы хрома из основного состояния на один из уровней полосы 3. Из всей энергии белого света полезно используется в рубине спектральный участок, соответствующий переходам от верхнего до нижнего края полосы 3. Если бы ширина полосы 3 была незначительна, даже мощному источнику света не удалось бы перевести большое число ионов хрома в состояние 3. Из этого состояния ионы хрома в подавляющем большинстве возвращаются в основное состояние через промежуточный уровень 2. На уровень 2 они переходят с полосы 3, отдавая кристаллической решетке рубина часть энергии Е3-E2. Если в состоянии 2 ионы хрома задержатся на какое-то заметное время, то достаточно мощным облучением рубина можно добиться, что на энергетическом уровне 2 будет больше ионов хрома, чем в основном состоянии 1. Из энергетического состояния 2 атомы хрома переходят в основное состояние 1, излучая поток ярко-красного света с длиной волны в 0,6943 мк. Частота этого излучения равна
Пользуясь формулой
и обозначая E2-Е1 как E21, мы получим
Это излучение, образующееся в процессе перехода ионов хрома с уровня 2 на уровень 1, окрашивает рубин в характерный для него красный, рубиновый цвет. Такое свечение называется люминесценцией. Оно распространяется по всевозможным направлениям, и его еще нельзя назвать лазерным излучением. Чтобы рубиновый стержень мог работать как лазер, его торцы А и Б должны быть параллельными с очень высокой точностью. Современная техника в состоянии обработать кристалл с такой точностью. Торцы А и Б тщательно отполированы и посеребрены. На торце Б толстый слой серебра, он полностью отражает падающий на него свет. На другой торец нанесен тонкий слой серебра, и, так как в очень тонком слое металлы прозрачны, этот торец пропускает некоторую долю падающего на него света.
Рубиновый стержень окружен спиралеобразной импульсной лампой В (рис. 17). Эта лампа освещает рубиновый стержень мощным световым потоком. Ионы хрома поглощают световую энергию и переходят на уровни полосы 3, а затем — на уровень 2 (рис. 18). На этом энергетическом уровне накопляется все больше и больше ионов хрома. Сами по себе они сравнительно медленно переходят с уровня 2 на уровень 1. Фотон, самопроизвольно перешедший с уровня 2 на уровень 1, увлекает другие фотоны; те, в свою очередь, также увлекают за собой фотоны — каскад нарастает лавинообразно. Направление его может быть самым разным. Все каскады быстро покинут кристалл, кроме того каскада, в котором фотоны движутся параллельно к оси стержня. Эти фотоны будут, не переставая, многократно отражаться от зеркальных торцов: то от торца А, то от торца В. Чем точнее выдержана параллельность этих торцов, тем больше отражений совершат фотоны, тем больше света выйдет через торец Б. Двигаясь вдоль оси С-С, пучок фотонов вынуждает все новые переходы в ионах хрома. Его мощность непрерывно нарастает. Часть света, вышедшая через торец Б, дает световой пучок с очень малой расходимостью и с громадной яркостью. Свет этого пучка практически монохроматичен; ширина его спектральной линии не превышает 0,1 А. Мы описали самую простую конструкцию лазера. В исследовательских лабораториях всего мира создаются новые типы квантовых генераторов света. Уже сконструированы полупроводниковые лазеры, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в световую. Пучок лазера в 100 млн. раз ярче пучка солнечного света. Это значит, что с его помощью можно создавать невиданную концентрацию энергии и передавать ее на очень дальнее расстояние. Лазеры можно применить для связи в космосе. Оценки ученых позволяют заключить, что на космических расстояниях выгоднее осуществлять связь с помощью лазеров, а не радиоволн.
|
ПОИСК
Block title
|
Но фотоны (кванты) с энергией Е21 вынуждают эти ионы совершить такой переход. При этом излучается фотон так же направленный и с той же частотой, что и фотон, вызвавший переход. Поэтому, когда на энергетическом уровне 2 находится значительно больше ионов хрома, чем на уровне 1, возникают каскады фотонов (рис. 19).
