История лазера. Научное издание

Мейман рассчитал, что достаточно интенсивный зеленый свет может желательным образом заселить промежуточное состояние 2E. Рто, РІ СЃРІРѕСЋ очередь, должно было изменить населенность РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ состояния (уменьшить его населенность). Р’СЃРµ эти результаты побудили его использовать СЂСѓР±РёРЅ для первого лазеры Рё продолжить расчеты.

На этом этапе принципиальной проблемой было найти источник зеленого света, достаточно мощного, чтобы накачать атомы на верхний уровень. Грубо говоря, лампа излучает свет, как если бы она была черным телом с высокой температурой.

Предварительные расчеты показали, что требуется лампа с эквивалентной температурой черного тела 5000 К. Мейман начал свои расчеты с коммерчески доступными ртутными лампами, но убедился, что их характеристики на пределе. Тогда он вспомнил, что импульсные ксеноновые лампы имеют эквивалентную температуру 8000 К. Не было причин исключать работу лазера в импульсном режиме, так как во многих случаях импульсный источник был привлекательным.

Теперь РјС‹ можем легко понять динамику процесса, СЃРЅРѕРІР° обращаясь Рє СЂРёСЃ. 50. Освещение зеленым светом возбуждает некоторые РёРѕРЅС‹ С…СЂРѕРјР° СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ (РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ РѕРЅ имеет спектроскопическое обозначение ⁴Рђ₂ Рё обозначен числом 1) РІ полосу уровней, обозначенную как ⁴F₂ Рё числом 3. Отсюда РёРѕРЅС‹ быстро, Р·Р° доли микросекунды (путем передачи энергии РїСЂРё столкновениях СЃ атомами решетки), переходят РЅР° уровень 2E, обозначенный числом 2. РЎ него РѕРЅРё возвращаются РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень РІ течение ~ 5 РјСЃ, испуская красный свет.

Мейман измерил уменьшение числа РёРѕРЅРѕРІ, остающихся РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј СѓСЂРѕРІРЅРµ после поглощения зеленого света РЅР° 5600 Рђ, путем наблюдения фиолетового света РЅР° 4100 Рђ, который поглощается РЅР° переходе РѕС‚ ⁴A₂ РЅР° ⁴F₁. Р—Р° счет этого перехода энергия РёРѕРЅРѕРІ С…СЂРѕРјР° возрастает СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ 1 РІ полосу, обозначенную ⁴F₁. РќР° образец СЂСѓР±РёРЅР° посылался интенсивный короткий импульс излучения зеленого света РЅР° 5600 Рђ Рё одновременно образец просвечивался фиолетовым светом РЅР° 4100 Рђ. РљРѕРіРґР° интенсивный импульс излучения РЅР° 5600 Рђ посылается РЅР° образец, излучение РЅР° 4100 Рђ, также посылаемое РІ это же время РЅР° образец, испытывает резкое увеличение (поглощение уменьшается), которое спадает Р·Р° ~ 5 РјСЃ. Ртот эффект легко объяснить. Рмпульс света РЅР° 5600 Рђ, который возбуждает РёРѕРЅС‹ СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ РІ полосу ⁴F₂ уменьшает число РёРѕРЅРѕРІ РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј СѓСЂРѕРІРЅРµ, которые можно возбудить светом РЅР° 4100 Рђ РІ полосу ⁴F₁. Тем самым уменьшается поглощение фиолетового света. Только после ~ 5 РјСЃ, РєРѕРіРґР° РёРѕРЅС‹ возбужденные РІ полосу ⁴F₂, РїСЂРѕР№РґСЏ уровень 2E, возвратятся РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень, поглощение фиолетового света возвратится Рє первоначальному состоянию. Ртот Рё РґСЂСѓРіРёРµ эксперименты позволили Мейману рассчитать, что изменение населенности РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ РІ 3% вполне осуществимо.