История лазера. Научное издание

Р’ первой половине 1960 Рі. предположения Рѕ лазерных материалах сосредоточивались РЅР° газах, Рё более конкретно РЅР° парах щелочных металлов, возбуждаемых оптическим излучением, Р° также РЅР° инертных газах, возбуждаемых электрическим разрядом. Успех, полученный Мейманом СЃ рубиновым лазером, был поистине СЃСЋСЂРїСЂРёР·РѕРј. Однако это РЅРµ было случайным открытием. Уже работая СЃ СЂСѓР±РёРЅРѕРј как СЃ материалом для мазера, Мейман решил использовать его РІ качестве отправного материала для лазера. Вначале РѕРЅ выполнил некоторые расчеты, РЅРѕ без успеха, поскольку РСЂРІРёРЅ Видер опубликовал работу, РІ которой указал, что квантовая эффективность СЂСѓР±РёРЅР° (С‚.Рµ. число фотонов люминесцентного излучения РЅР° каждый поглощенный фотон) была всего лишь около 1%.

Р РёСЃ. 50. Рнергетические СѓСЂРѕРІРЅРё С…СЂРѕРјР° РІ СЂСѓР±РёРЅРµ, которые участвуют РІ излучении лазера

Р СѓР±РёРЅ является кристаллом РѕРєРёСЃРё алюминия (Рђl₂O₃), РІ которую добавлено небольшое число атомов С…СЂРѕРјР° РІ качестве примеси (РјС‹ РіРѕРІРѕСЂРёРј допирование С…СЂРѕРјРѕРј^[9]). Атом С…СЂРѕРјР° теряет три СЃРІРѕРёС… электрона Рё становится РёРѕРЅРѕРј С…СЂРѕРјР°, который замещает РѕРґРёРЅ РёР· РёРѕРЅРѕРІ алюминия РІ кристаллической решетке. Рти РёРѕРЅС‹ С…СЂРѕРјР° имеют серию энергетических уровней РІ РІРёРґРёРјРѕР№ области (СЂРёСЃ. 50), которые делают прозрачный Рё бесцветный материал окрашенным РѕС‚ СЂРѕР·РѕРІРѕРіРѕ РґРѕ тёмно-красного, РІ зависимости РѕС‚ концентрации примеси. РќР° СЂРёСЃ. 50 показаны РґРІРµ серии уровней, которые настолько близки РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ, что практически сливаются РІ РґРІРµ непрерывные полосы. Рти РґРІРµ полосы имеют центры РЅР° длине волны 0,55 РјРєРј (зеленая; эту полосу РІ спектроскопии обозначают ⁴F₂) Рё РЅР° длине волны 0,42 РјРєРј (фиолетовая; обозначенная ⁴F₁) соответственно. Если кристалл облучается зеленым или фиолетовым светом, возбужденные РёРѕРЅС‹ релаксируют РЅР° РґРІР° промежуточных СѓСЂРѕРІРЅСЏ, обозначаемых ²Р•, Р·Р° очень короткое время, вместо того, чтобы непосредственно спадать РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРµ состояние. Переход РёР· зеленой Рё РёР· фиолетовой полос РЅР° эти СѓСЂРѕРІРЅРё РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ без испускания света, РЅРѕ дает избыток энергии решетке через колебания ее атомов. РЎ этих очень близко расположенных уровней (обозначаемых 2A Рё E) РёРѕРЅС‹ медленно спадают (Р·Р° время РїРѕСЂСЏРґРєР° миллисекунды) РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень, причем РІ это время испускается красный свет, который имеет очень СѓР·РєРѕРµ спектральное распределение (СѓР·РєРёРµ линии) около 6928 Рђ (спектроскописты называют ее R₂ линией) или 6943 A (R₁). Ртот свет, испускаемый после освещения кристалла, называется люминесценцией. Наименование этих уровней Рё полос было предложено теоретиками согласно рассмотрению РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ теории РіСЂСѓРїРї, которое отражает определенные свойства симметрии соответствующих состояний. Рто РЅРµ представляет интереса РІ нашем случае.