5.9 Лазер

Содержание лекции:

•Спонтанное и индуцированное излучение.

•Инверсное заселение уровней активной среды.

•Основные компоненты лазера.

•Условие усиления и генерации света.

•Особенности лазерного излучения.

•Основные типы лазеров и их применение.

Поглощение фотона

Поглощение фотона

Зависит:

1.От внутренних свойств атома.

2.От интенсивности падающего излучения – числа фотонов.

Спонтанное испускание фотона

Спонтанное испускание фотона

• Спонтанные переходы взаимно не связаны спонтанное излучение не когерентно

Зависит:

• От внутренних свойств атома.

Не зависит:

• От интенсивности падающего излучения – числа фотонов.

Вынужденное испускание фотона

Вынужденное испускание фотона

•В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении.

•На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно

такие же, как и у первоначальной волны.

•Вынужденное излучение строго когерентно

•Для усиления падающего излучения необходимо создать неравновесное состояние, при котором число атомов в возбужденном состоянии должно быть больше, чем их число в основном состоянии – осуществить

инверсию населенностей состояний (называется процессом накачки).

Трехуровневая схема оптической накачки

Розовый рубин Al2O3

в кристаллической решетке которого некоторые атомы алюминия заменены

Cr2O3 (0,03-0,05 %)

Уровень E2 – метастабильный.

Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1. В кристалле рубина уровни E1, E2 и E3 принадлежат примесным атомам хрома

Рубиновый

лазер

λ = 694 нм