Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 1.2. СХЕМА ЛАЗЕРАСхема лазера с оптической накачкой приведена на рис. 3. Видно, что лазер состоит из следующих основных элементов: среды, чаще называемой активным веществом, двух зеркал, называемых открытым зеркальным резонатором, источника возбуждения, источника питания и рефлектора. Активное вещество, используемое для получения индуцированного излучения, должно обладать такими уровнями энергии, переход между которыми сопровождается излучением, лежащим в требуемом диапазоне длин волн. Это вещество должно иметь определенную концентрацию активных частиц, т. е. тех частиц, которые обеспечивают накопление и выделение энергии. Понятно, что чем больше будет таких частиц, тем большее их число примет участие в накоплении и излучении энергии. Активное вещество помещено в открытый зеркальный резонатор. Принцип его работы достаточно хорошо понятен из рассмотрения рис. 4. Видно, что в ситуации а все частицы активного вещества (кроме двух) находятся в основном состоянии, т. е. на нижнем энергетическом уровне.
Рис. 3. Схема лазера с оптической накачкой
Рис. 4. Принцип работы зеркального резонатора В ситуации Таким образом, можно отметить, что волна будет расти по амплитуде и перемещаться в активном веществе. Увеличение амплитуды будет продолжаться, однако усиливаться в значительной степени будет только та волна, которая перемещается перпендикулярно зеркалам.
Рис. 5. Схема энергетических уровней ионов хрома в рубине Та же волна, которая перемещается параллельно зеркалам, не получив достаточного усиления, покинет активное вещество через его стенки. Наибольшего усиления достигнет вол-на, которая многократно Пройдет активное вещество. Отсюда видно, что условия для поперечных волн неблагоприятны, а для продольных — благоприятны. Получив значительное усиление, продольные волны покинут активное вещество, причем все они будут сосредоточены в узком пучке. Этот пучок имеет незначительное угловое расхождение. Важным элементом схемы является источник возбуждения. Он переводит в возбужденное состояние большинство активных частиц. Поясним механизм возбуждения на примере, когда в качестве активного вещества используется синтетический рубин с примесью хрома (рис. 5). При освещении рубина белым или зеленым светом ионы хрома возбуждаются и переходят на верхний уровень, поглощая энергию зеленой части спектра. Из рисунка видно, что рубин имеет две полосы поглощения: в зеленой — 0,56 мкм и в синей — 0,48 мкм. Для получения усиления необходимо, чтобы в среднем не менее половины ионов, находящихся в основном состоянии, перешло на верхний энергетический уровень. Этот уровень нестабилен, и частицы быстро совершают безызлучательный переход на промежуточный (метастабильный) уровень, который более стабилен, чем верхний. На промежуточном уровне может находиться значительное число частиц. При воздействии на кристалл слабого излучения на частоте перехода (или при самопроизвольном переходе одной из частиц с верхнего уровня на нижний) возникает индуцированное излучение, сосредоточенное в основном на волне 0,6943 мкм, и слабое — на волне 0,6929 мкм. Все частицы с промежуточного уровня совершают индуцированный переход на основной уровень синфазно и в короткий интервал времени. Это и создает когерентное излучение. Таким образом, видно, что стимулированное излучение представляет собой резонансный процесс и в силу этого более строго привязано к центру полосы частот, чем излучение спонтанное (самопроизвольное), испускаемое возбужденной частицей. Излучение этих «предпочтительных» частот, в свою очередь, возбуждает излучение на той же частоте. Относительная ширина линии излучения лазера составляет Излучение лазера имеет высокую степень пространственной когерентности, поскольку все волновые фронты плоские и перпендикулярны направлению распространения волн. Это излучение когерентно и во времени, ибо имеется строгое фазовое соответствие между частью волны, испускаемой в один момент времени, и волной, испускаемой спустя некоторый промежуток времени. Причем, чем выше стабильность излучения по частоте, тем более отчетливо проявляется свойство когерентности волны во времени. Рассмотренные понятия позволяют привести и еще один обобщенный показатель лазерного излучения. Им является спектральная яркость, — величина, связывающая между собой поток энергии, излучаемой лазером, телесный угол, в котором сосредоточено это излучение, а также тот участок длин волн, в котором сосредоточена эта энергия. Этот показатель используем для сравнения между собою когерентных и некогерентных источников.
Рис. 6. Спектральные яркости когерентных и некогерентных источников света В качестве последнего возьмем Солнце. Известно, что оно излучает очень много энергии. По формуле солнечному источнику энергии соответствует температура АЧТ около 6000 К, то лазерным источникам — примерно
|
1 |
Оглавление
|