|
Процесс перевода атомов из состояния 1 в состояние 3 получил название накачки. Накачивать вещество можно различными способами, но пока ограничимся оптической накачкой, т.е. будем считать, что вещество освещается, а энергия фотонов, испускаемых источником света, достаточна для переброса атомов из состояния 1 в состояние 3. Значит, задача создания твердотельного лазера наконец-таки решена? Конечно, воспользоваться идеей трехуровневой схемы накачки весьма заманчиво. Но беда в том, что в твердом теле нет никаких уровней. Энергетические уровни отдельных атомов объединяются там в зоны, и зон, о которых может идти речь, либо только две, как в полупроводниковых изоляторах, либо одна общая зона, как в проводниках. Ну что же — снова тупик? Не столько тупик, сколько трудность, и трудность преодолимая. Надо брать не чистые вещества, а вещества с примесями. Причем атомов примеси должно быть очень немного. Если выбранное вещество—кристаллическое твердое тело, атомы примеси располагаются в узлах кристаллической решетки, а расстояния между атомами примеси настолько велики, что отдельные характерные для этих атомов энергетические уровни не объединяются в зоны. Можно подобрать такую пару основное вещество — примесь, чтобы три выбранных энергетических уровня примеси находились на достаточно больших расстояниях от других энергетических уровней. В частности, они могут находиться в пределах запрещенной зоны. Пример такого вещества с примесью — рубин (окись алюминия АЬО'З с примесью хрома). Здесь роль атомов примеси играют атомы хрома. У розового рубина содержание хрома составляет примерно 0,05%, т.е. примерно 1019 атомов на 1 см3, вполне хватает, чтобы создать четко выраженную трехуровневую схему и построить лазер огромной мощности. Рубиновый лазер представляет собой стерженек рубина диаметром 0,5 см и длиной 4 см. Противоположные торцы стержня полируют, для того чтобы они были строго параллельны, и покрывают пленкой серебра. Вот и все. Освещают стерженек подходящим источником света, например ксеноновой лампой-вспышкой, и в ответ очень короткий, около Ю-3 с, импульс когерентного монохроматического излучения огромной мощности. Короткий потому, что атомы в рубине расположены компактно и вынужденные переходы в них осуществляются практически одновременно огромной мощности по той же причине; Имеются способы существенно сократить длительность импульса, доведя ее до Ю-9 с. Тогда мощность в импульсе достигнет 1010 Вт, что превосходит мощность самых больших электростанций мира. Назад к газам — 130 —
|