История лазера. Научное издание

Самой насущной проблемой была реализация резонатора. В случае мазера использовался обычный объемный резонатор с металлическими стенками. При соответствующей конструкции такого резонатора получалась одна резонансная мода, осциллирующая вблизи частоты, соответствующей излучатель-ному переходу активной системы. Для того чтобы получить такую одиночную, изолированную моду, линейные размеры резонатора должны быть порядка длины волны. В случае инфракрасного излучения эти размеры оказываются слишком малыми, чтобы быть практически реализованными. Следовательно, необходимо рассматривать резонаторы, размеры которых большие по сравнению с длиной волны и которые могут, поэтому, поддерживать большое число мод в нужной области частот.

Таунс Рё Шавлов понимали, что нужно найти СЃРїРѕСЃРѕР± выделения только некоторых РёР· этих РјРѕРґ, РІ противном случае испускаемая энергия была Р±С‹ очень мала Рё недостаточна, чтобы превзойти РІСЃРµ потери. Рто так же, как РІРѕРґСЏРЅРѕР№ поток: если РѕРЅ делится РЅР° тысячи ручейков, то РІРѕРґР° разбрасывается РїРѕ земле Рё РЅРµ достигает определенного места. После некоторых общих рассмотрений, выбором стал интерферометр ФабриПеро, состоящий РёР· РґРІСѓС… высокоотражающих плоскопараллельных стенок. РћРЅРё показали, что благодаря этому получается открытый резонатор, лишенный боковых стенок Рё состоящий только РёР· РґРІСѓС… параллельных зеркал. Р’ нем захватываются только те волны, которые распространяются параллельно РѕСЃРё Рё длины которых кратны длине резонатора (С‚.Рµ. расстоянию между зеркалами). Чтобы извлечь свет РёР· такого резонатора, РѕРЅРё предположили, что РѕРґРЅРѕ РёР· зеркал будет частично прозрачным, так чтобы позволить пучку, падающему РЅР° это зеркало, частично выходить РёР· резонатора. Рдея иметь резонатор СЃ размерами РјРЅРѕРіРѕ большими, чем длина волны, предполагалась РЅРµ только РёР·-Р·Р° практической невозможности сделать резонатор СЃ размерами РїРѕСЂСЏРґРєР° длины волны, РЅРѕ также РёР·-Р·Р° того факта, что резонатор должен содержать достаточное количество активного материала.

Другой проблемой, рассматриваемой в статье, было определение минимального числа молекул или атомов активного материала, которые должны быть на верхнем энергетическом уровне, чтобы обеспечить генерацию света за счет вынужденного излучения.

Монохроматичность такого мазерного генератора также рассматривалась, и Шавлов и Таунс понимали, что это свойство очень тесно связано со свойствами шумов такого устройства, как усилитель. В лазере шум возникает из-за спонтанного излучения активного материала. Они модифицировали вычисления, которые предварительно были проведены для мазеров, и нашли, что ширина линии была порядка одной миллионной от ширины линии, соответствующей спонтанному излучению.