544 2

mshości optyczne MATERIAŁÓW

wicay. gaj .........v --*

fotonów do padającego promieniowania. Poc/qikow;j spontaniczna cnn

przez elektrony wzbudzone jest stymulatorem dla lawinowej emisji foto'' ^?°^,0nrtu

pozostałe elektrony wzbudzone i stanowi to podstawę działania lasera ' ^pr/C/

^Q)

d)

RYS 16 11 Schematyczne przedsuwKnie emisji wymuszonej między dwoma stanami energetycznym, _£| , _£j Zaciemnione kółka przedstawiają elektrony

Głównymi ełemeniami lasera są: ośrodek czynny (osnowa z zawartymi w mej atomami laserującymi), źródło pompujące oraz rezonator optyczny Rezonator umożliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego (o jednej długości fali) w postaci wiązki o niewielkiej średnicy i rozbieżności, charakteryzującego się spójnością przestrzenną i czasową oraz dużym natężeniem. Ośrodek czynny ma ksziałt walca długości od kilku do kilkunastu centymetrów i średnicy od kilku do kilkunastu milimetrów. Rolę ośrodka czynnego może spełniać wiele materiałów a ich doboru dokonuje się w zależności od przeznaczenia lasera. Do najczęściej stosowanych materiałów należą: monokryształy, np. rubinu (ALOj domieszkowany Cr³*), szkło domieszkowane neodymem, gazy. np. hel lub argon, pary metali, np kadmu, cynku i rtęci, cząsteczki, np. CO, lub ciecze. Lasery mogą pracować w sposób ciągły lub pulsujący. Lasery pracujące w sposób pulsujący są niżej energetyczne.

Dwie ściany walca z ośrodkiem czynnym są prostopadłe do jego osi t mus/ą być z bardzo dużą dokładnością równoległe do siebie. Jedna z nich jest pokryta srebrem i spełnia rolę doskonałego lustra, natomiast druga, przez którą część padającego na nią światła przechodzi, jest pokryta jedynie cienką warstwą srebra (rys. 16.12). Przez tc lustra światło lasera jest wielokrotnie odbijane tam i z powrotem Po uruchomieniu lasera światło jest początkowo emitowane we wszystkich kierunkach (rys. 16.12 lewa część). Podczas pracy pozostają tylko fotony przemieszczające się dokładnie równolegle do osi walca, natomiast inne fotony są zaabsorbowane przez ściany walca (rys. 16.12 część środkowa). Wiązka światła równoległego do osi walca przemieszcza się tam i z powrotem, a jej natężenie początkowo

1C<o _e .    •^/^P^,«pUł2CrolT>»

Luttro

^pew^ 6*1* donE^Z*?! wtmocnKBu *iuk. Iwcro^c,. pc^odu_ł¥x*o. « po ^'nuje cnmja wymuuoiu nad cmiii* iponunican*

V.artro

RYS

^{16 12} Schem«y_Cłne .

róśnic. gdy* dołącz*,;. „

pr/c/. c/ęte.owo pr,^_roczJITT T* ^{W rc}r^ulucic fotonów przechodź, _gtf,_tl.Sc, mocy.

^rcelYC/nych c,T ^,pWM)b6w «"^bu>*“ma clekuoo6w do wyiK,ch powom6w ^y,‘'**• P°^mP°^wania '■ poziomu E, na po/mm E, Pompowane optyczne polega na absorpcji światła padającego /. poUchromatycmefo źródła. \nne metody pompowania wykorzystują kolizje elektronów ze /jonizowanym gazem podc/as wyładowania elektrycznego, reakcji chemicznej, reakcji jądrowej lub wstrzykiwanie wiązki elektronów.

RYS. 16.13. Przykłady możliwych stanów energetycznych w konfiguracji dwupoziomowej, a) duże 6E daje dużą efektywność pompowania, ale małą inwersje populacji, b) duże «3r umożliwia uzyskanie znacznej inwersji populacji, ale uniemożliwia uzyskanie dużej efektywności pompowania W laserach dwupoziomowych nie można więc uzyskać inwersji populacji, gdyż absorpcja i emisja kompensują się wzajemnie

Sprawność pompowania jest duża, gdy duża jest szerokość pasma SE o większej energii, gdyż całe pasmo częstości, a nie tylko fale o jednej długości wzbudzają elektrony (rys. I6.13a). Z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że czas Ót, w jakim elektron pozostaje wzbudzony jest długi, gdy pasmo, do którego elektron zostaje wzbudzony £,, ma małą szerokość 6E

ÓESt oc h

Z kolei wąskie pasmo energetyczne umożliwia inwersję liczby elektronów (rys. 16.13b). Jednak duża sprawność pompowania i duża inwersja liczby elektronów wykluczają się wzajemnie.

545