Э
Рис.
8Энергетическая диаграмма рубина
нергетический уровень E1
– основное состояние иона хрома в
рубине. Помимо основного имеется два
нижних уровня возбуждения E2
и E2',
разделенных малым энергетическим
интервалом (~ 10-4эВ).
Эти уровни характеризуются большим
временем
жизни носителей
(~ 10-3c).
Более высокие уровни энергии E3 и E4 образуют широкие энергетические полосы (порядка 10эВ). Время жизни частиц в этих энергетических состояниях весьма мало (~ 10-8с).
При облучении кристалла рубина светом ксеноновой лампы наблюдается интенсивное поглощение в диапазоне волн 0,41..0,56мкм и заселяются энергетические полосы E3 и E4. Эти состояния не долговечны, и в результате безызлучательных переходов частицы быстро переходят в состояния E2 и E2’, рассеивая свою энергию на тепловых колебаниях кристаллической решетки. Вероятность переходов E3 E1 и E4 E1 очень мала.
Вследствие достаточно большого времени жизни на уровне E2 его населенность увеличивается и при интенсивных переходах E1 E3 и E1 E4 на переходе E2 E1 создается инверсная населенность частиц.
Индуцированное излучение возникает на одной из двух линий R1 или R2, соответствующих переходам E2 E1 и E2’ E1.
Обычно рубиновый лазер генерирует на линии R1, для которой легче реализуются пороговые условия. Время релаксации частиц между уровнями E2 и E2’ равно 10-7с. Поэтому при возникновении генерации на линии R1 распределение частиц на уровнях E2 и E2’ быстро переходят в состояние термодинамического равновесия (N2 > N2’) и пороговое соотношение для генерации на линии R2 не выполняются.
Устройство рубинового лазера.
Н
1
– Рубин; 2 – Зеркала; 3 – Ксеноновая
лампа; 4 – Отражатель.
Рис.
9«Устройство рубинового лазера»
Кристалл рубина в виде стержня с параллельными зеркально отражающими торцевыми плоскостями охвачен газоразрядной лампой с ксеноновым наполнением. Все устройство помещено в кожух с хорошо отражающей внутренней поверхностью.
При подаче импульса высокого напряжения на ксеноновую лампу в ней возникает электрический разряд. Спектр излучения лампы достаточно широкий. Часть этого излучения, отражаемого внутренней поверхностью кожуха, интенсивно поглощается рубином в зеленой и фиолетовой областях спектра. За счет этого поглощения ионы хрома переходят на более высокие энергетические уровни, т.о. в кристалле создается инверсная населенность. Как только число активных частиц на верхнем уровне превысит пороговую величину, возникает генерация излучения.
Полупроводниковые лазеры
Полупроводниковый лазер – оптический квантовый генератор, активные элементы которого изготавливают из полупроводниковых материалов. Рассмотрим полупроводниковые лазеры на примере инжекционного лазера (лазер на p-n переходе).