Рубинов лазер

За да може стимулираното излъчване наистина да породи лавина, е необходимо колкото се може повече атоми в метастабилно състояние да „усетят“ радиацията, падаща върху тях. И за това имате нужда удължете времето престой на радиация във веществото.

Нека да видим как се прави това като се използва рубинов лазер като пример.

Рубинният кристал се състои от алуминиеви и кислородни атоми с малка примес от атоми хром - именно атомите хром придават на рубина благородния му цвят. Същите атоми притежават и системата от три енергийни нива, разгледани по-горе, средата на които е метастабилна.

Пръчка (със строго паралелни краища!) Е обработена от рубинен кристал и върху нея е навита тръба на газоразрядна лампа, която се нарича лампа с помпа (фиг. 28.4).

Под действието на светлината от лампата на помпата атомите на хрома се преместват от нивото на земята 1 до ниво 3 (вж. Фиг. 28.3 по-горе) и след това, почти веднага, към метастабилен ниво 2. Преходите към това ниво се дължат главно на трансфера на енергия към кристалната решетка.

В резултат на тези преходи голям брой атоми се „натрупват“ на метастабилното ниво 2, тоест изглежда, както се казва, „пренаселеността“ на метастабилното ниво 2.

Нарича се среда, в която едно от възбудените нива на атомите е най-населено активен. Такава среда има резерв от енергия, който прави възможен лавиноподобен процес на стимулирана емисия.

Но не е достатъчно да се създаде активна среда: ако "принудително излъчваните" фотони веднага ще излети от него, лавина няма да настъпи. За появата му е необходимо по някакъв начин да се "задържат" излъчените фотони в средата. Но как да го направя? В крайна сметка фотоните не могат да бъдат спрени: те винаги се движат със скоростта на светлината.

Учените са предположили, че все още е възможно да се "забави" фотоните - за това е необходимо да се удължат начин през отражения.

За тази цел паралелните краища на кристала са покрити с тънък слой сребро, което ги прави огледални. Отразявайки се от краищата, фотоните, летящи по оста на кристала, преминават през кристала много пъти - отиване и връщане. В този случай, поради стимулираното излъчване, техният брой се увеличава като лавина, в резултат на което радиацията бързо се увеличава в кристала., насочени по оста на кристала (фиг. 28.5).

За да освободи част от тази радиация навън, единият от огледалните краища е направен частично прозрачен. Излъчваното от този край лъчение е лазерен лъч (Фигура 28.6).