Obraz1 (87)

Poziom o energii jest stanem podstawowym, a poziom o energii &3 jest wyższym niestabilnym stanem o krótkim czasie życia (~ 10~⁸ s), różnica energii    odpowiada

długości fali około 5500 A. Poziom S₂ jest pośrednim stanem wzbudzonym. Jest to stan metatrwały, a jego czas życia określony przez emisję spontaniczną wynosi około 3 • 10“³ s. Gdy atomy chromu są w równowadze termodynamicznej, liczby obsadzeń są takie, że f!₃<fi₂<fti' Jeśli na kryształ pada promieniowanie o długości fali 5500 A, to w wyniku absorpcji padających fotonów przez atomy chromu w stanie podstawowym, wzrasta obsadzenie stanu a maleje obsadzenie stanu . Emisja spontaniczna przenosi atomy ze stanu 3 na stan 2, zwiększając zapełnienie stanu 2, którego czas życia jest stosunkowo długi. W wyniku takiego pompowania optycznego otrzymuje się zmniejszenie liczby n_x i zwiększenie n₂, wreszcie n₂>n₁ i następuje inwersja obsadzeń. Gdy teraz atom dokona przejścia ze stanu 2 do stanu 1, wyemitowany foton o długości fali 6943 A wywoła dalsze przejścia. Emisja wymuszona będzie większa od absorpcji (ponieważ w₂>«i) i ilość fotonów o długości fali 6943 A będzie wzrastać. Otrzymujemy wzmocnioną, spójną monochromatyczną wiązkę, f

W praktyce laser rubinowy jest cylindrycznym prętem z równoległymi, optycznie płaskimi, odbijającymi promieniowanie podstawami; na jednej z nich zachodzi tylko częściowe odbicie jak to pokazano na rys. 11.7. Emitowane fotony, które nie poruszają się wzdłuż osi, uciekają przez ścianki boczne zanim są w stanie wywołać emisję wymuszoną. Ale te fotony, które poruszają się dokładnie w kierunku osi, mogą być parokrotnie odbijane i są w stanie wielokrotnie wywołać emisję. W ten sposób liczba fotonów gwałtownie rośnie, a te które uciekają przez częściowo odbijającą powierzchnię czołową tworzą jednokierunkową wiązkę o dużym natężeniu i ściśle określonej długości fali. |g

lampa    zwierciadło

/(b) Schemat lasera rubinowego przedstawiający lampę zapewniającą I pompowanie optyczne, ucieczkę fotonów nie poruszających się wzdłuż osi, wzrost liczby wielokrotnie odbitych fotonów poruszających się wzdłuż osi i wywołujących dalszą emisję; zaznaczono także ucieczkę części poruszających się wzdłuż osi fotonów przez półprzezroczyste lustro na jednym z końców

Ogólnie mówiąc, laser jest urządzeniem, w którym ośrodek zamknięty wewnątrz odpowiednio dobranego rezonatora wąskopasmowego jest poddawany takim oddziaływaniom, by wyższy z dwu poziomów energetycznych był bardziej zapełniony od niższego. Układ wytwarza wtedy spójne promieniowanie o tych częstotliwościach, które są wspólne dla rezonatora i różnicy energii między poziomami. Istnieje wiele różnych rodzajów laserów — lasery gazowe, ciekłe i krystaliczne — pokrywających różne obszary widma elektromagnetycznego. Silne, spójne promieniowanie, którego dostarczają lasery sprawiło, że znalazły one szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak radioastronomia, spektroskopia mikrofalowa, fotografia, biofizyka i łączność. Zainteresowanie laserami ciągle wzrasta.