Лазер на рубине.

Впервые лазерная генерация была осуществлена на рубине [22]. Благодаря большой механической прочности и теплопроводности кристаллов рубина, возможности выращивания образцов высокого оптического качества лазеры на рубине до сих пор широко используются на практике.

Рубин — окись алюминия (матрица) с примесью ионов (активные центры). В лазерах обычно

Рис. 1.13

Рис. 1.14

используют розовый рубин с содержанием хрома 0,05% ( ионов в 1 см3).

На рис. 1.13 показана схема уровней иона хрома в рубине. Переход от к энергии Е осуществляется по формуле . В процессе накачки возбуждаются состояния Каждое из них изображено на рисунке в виде некоторой энергетической полосы, что связано с «размытием» соответствующих энергетических состояний (следствие малости времени жизии активных центров в указанных состояниях). Активные центры быстро переходят из состояний и на два близко расположенных метастабильных уровня, обозначаемых как и Е (расстояние между уровнями составляет Эти уровни играют роль верхних рабочих уровней. При переходе из состояний и на верхние рабочие уровни ионы хрома передают часть своей энергии кристаллической решетке (неоптические переходы показаны на рисунке волнистыми стрелками). Нижний рабочий уровень обозначен как он является также основным уровнем. Из рисунка видно, что лазер на

Рис. 1.15

рубине может быть описан трехуровневой рабочей схемой.

На рис. 1.14, а представлен спектр поглощения рубина для случаев, когда излучение накачки распространяется параллельно (кривая 1) и перпендикулярно (кривая 2) оптической оси кристалла. В спектре поглощения хорошо выделяются две относительно широкие линии с максимумами при мкм (синяя полоса поглощения) и мкм (желто-зеленая полоса), отвечающие возбуждению состояний соответственно. Штриховой линией показан спектр излучения источника накачки — ртутной лампы. Легко видеть, что спектр ртутной лампы хорошо соответствует полосам поглощения рубина, что обеспечивает высокую селективность возбуждения и увеличивает долю полезно расходуемой мощности излучения накачки.

На рис. представлен спектр люминесценции ионов хрома в рубине. В спектре наблюдаются две линии: 0,6943 мкм она соответствует переходу и 0,6929 мкм -линия; соответствует переходу Изображенная на рисунке кривая получена при температуре 300 К. При понижении температуры обе линии смещаются в коротковолновую область спектра (рис. 1.15)