Dispozitivul unui laser rubinic.
Generatorul cuantic optic este format din două părți principale: mediul activ și rezonatorul.
În primele lasere, mediul activ a fost un cristal rubinic cu un amestec de crom de aproximativ 0,05% (Figura 104). Acest element de bază al laserului are de obicei forma unui cilindru cu un diametru de 0,4-2 cm și o lungime de 3-20 cm. Capetele cilindrului 3 și 4 sunt strict paralele și au un strat de argint. Una dintre suprafețele oglinzii este parțial transparentă: 92% din fluxul luminos se reflectă din acesta și aproximativ 8% este omisă de acesta.
Tija rubin este plasat în interiorul puls elicoidal lampa cu xenon 2, un impulsuri de înaltă tensiune, alimentate de la baterie la condensator electric capacitate încărcat la o tensiune de câteva mii de volți. Când sunt descărcate printr-o lampă, condensatoarele bateriei dau energie sutelor de mii de jouli. Durata blițului este, iar puterea lămpii depășește 107 de wați. Lampa este o sursa de radiatii incitante. Populația inversă a nivelurilor din rubin este creată folosind trei niveluri de energie a atomilor de crom.
atomii de crom, care absoarbe radiația cu o lungime de undă de 560 nm conținută în spectrul unei lămpi cu xenon, sunt transferate de la nivelul solului la nivelul excitat de radiații lampă absorbție rubin
Alte lungimi de undă îl determină să se încălzească. Pentru a proteja împotriva distrugerii termice, rubinul este răcit cu azot lichid.
Durata de viață a atomilor de crom la nivelul excitat este mică. Pentru a trece de la nivel la principal, este, iar pentru tranziție este mai mică decât c. Prin urmare, majoritatea atomilor excitați la nivel fac tranziții la cel de-al doilea nivel excitat
Durata de viață a atomului de crom la un nivel relativ ridicat este de aproximativ c. Acest nivel este metastabil: Dacă puterea lămpii este suficient de mare, atunci populația nivelului metastabil va fi mai mare decât populația nivelului la sol. Când se atinge o populație inversă de niveluri, cristalul de rubin devine un mediu activ.
Procesul de transfer al atomilor de la starea solului la starea excitată se numește pompare. În consecință, lampa cu xenon pulsată folosită pentru aceasta se numește lampă de pompare.
Este suficient la un atom de crom pentru a face tranziția spontană de la un nivel metastabilă la emisia primară a unui foton cu o frecvență care corespunde lungimii de lumină roșie lungime de undă 694,3 nm ca apare foton avalanșă datorită radiației induse atomilor de crom în stare metastabilă. Dacă direcția de emisie de fotoni primar perpendicular pe planul oglinzilor rezonator, oglinzile rezonatorului vede un translucid, radiație monocromatică, coerentă și extrem de direcțional, cu o lungime de undă de 694,3 nm.
Procesele care au loc în cristalul de rubin sunt reprezentate schematic în figura V a inserției colorate.
Cristalul de rubin este reprezentat pe această inserție cu un dreptunghi; urcând oglinda din stânga; urcarea mai rară pe partea dreaptă indică o oglindă parțială transparentă, care este și fereastra de ieșire a fasciculului laser. Atomii laturii cristaline de rubin nu sunt arătate în figură; cercurile indică atomii de crom distribuiți haotic în interiorul cristalului.
Înainte de acțiunea luminii, toți atomii de crom din cristal sunt în stare de bază, sunt indicați prin cercuri de lumină (vezi Figura V și pe o inserție colorată). Sub influența fotonilor de lumină de frecvențe diferite emise de lampa de pompare, majoritatea atomilor de crom merg într-o stare metastabilă excitată. Atomii cromului excitat sunt indicați de cercurile întunecate (a se vedea figura V, b pe o inserție colorată).
Atomul de crom excitat emite un foton de lumină la trecerea la starea de bază. Toate direcțiile de emisie spontană a fotonilor sunt la fel de probabile și, prin urmare, la început majoritatea fotonilor emise părăsesc cristalul, zboară din el în direcții diferite. Doar fotoni care zboară de-a lungul axei
rubin, nu se poate lăsa repede, trăind mai multe reflexii din oglinzile de la capetele cristalului (vezi Figura V, într-o inserție colorată). Flying aproape de atomii de crom încolțit, acești fotoni provoacă emisia stimulată a acelorași fotoni care zboară în aceeași direcție. Acest proces avalanșă se dezvoltă, și într-o perioadă scurtă de timp, este implicat în majoritatea atomilor excitați de crom: prin oglinda parțial transparentă pe partea dreaptă a cristalului vede un fascicul puternic de lumină coerentă (a se vedea figura V, g insertie de culoarea pielii ..).
Modul de funcționare a laserului descris este numit modul de rulare liberă. Generarea gratuită începe după blițul lămpii pompei și durează aproximativ 1 ms. În acest mod s-au obținut valori înregistrate ale energiei radiației care a atins 1000 J în puls la o putere de aproximativ W.
Eficiența unui laser rubinic este mică: este de aproximativ 1%. O astfel de eficiență scăzută se datorează multor motive. Principalele dintre ele sunt următoarele: nu toată rezerva de energie electrică acumulată în condensator se transformă în energie luminoasă; Numai o parte din fluxul luminos al lampii pompei este absorbit de rubin.
Trimiteți-le prietenilor: