Детская энциклопедия

Меню сайта











Лазер

В 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. 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).

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.

 





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016