История лазера. Научное издание

Явление полного отражения имеет место, когда свет проходит под определенным углом из среды с большим показателем преломления во вторую среду с меньшим показателем преломления, например из стекла в воздух. Если угол светового пучка в стекле по отношению к нормали к поверхности стекловоздух больше определенного значения (для стекла с n = 1,5 этот угол около 57), то свет полностью отражается и не проходит в воздух. В этом случае исключаются потери при отражении. Глава физического отдела Центра В. Смит предложил выбрать кристалл с показателем преломления как раз таким, чтобы можно было, используя призмы, селектировать моды резонатора. Следуя этим соображениям, Сорокин выбрал кристалл флюорида кальция.

Теперь проблема была найти материал для лазерной среды. После изучения научных публикаций РїРѕ этому предмету РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ обнаружил, что СЂСѓСЃСЃРєРёР№ ученый Рџ. Рџ. Феофилов изучил испускание света ионами урана Рё самария РІ кристаллах флюорида кальция. Добавление урана дает люминесцентное излучение РЅР° длине волны около 2,5 РјРєРј. РРѕРЅС‹ урана или самария замещают РёРѕРЅС‹ кальция РІ кристалле флюорида кальция Рё имеют энергетические СѓСЂРѕРІРЅРё, подобные тем, что имеют РёРѕРЅС‹ С…СЂРѕРјР° РІ СЂСѓР±РёРЅРµ, СЃ РѕРґРЅРёРј отличием, показанном РЅР° СЂРёСЃ. 53. Рмеется РѕРґРёРЅ добавочный уровень, поэтому испускание света может происходить между уровнем, который заселяется РёР·-Р·Р° распада СЃ РѕРґРЅРѕР№ РёР· полос, РЅР° промежуточный уровень, который, если работают РїСЂРё РЅРёР·РєРѕР№ температуре, практически РЅРµ заселен, так как тепловое возбуждение РЅРµ СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕ заселить его РёР· РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ состояния. Рто обстоятельство, которое РјС‹ можем описать, как четырехуровневая система, позволяет значительно легче получать инверсную населенность. РљСЂРѕРјРµ того, флюорид кальция, допированный ураном, имеет сильную полосу поглощения РІ РІРёРґРёРјРѕР№ области. Рто значит, что ее можно накачивать ксеноновой лампой высокого давления. Разумеется, система нуждается РІ охлаждении РґРѕ РЅРёР·РєРёС… температур.

Р РёСЃ. 53. Рнергетические СѓСЂРѕРІРЅРё трижды ионизованного атома урана РІ кристалле флюорита кальция (CaF₂:U³⁺). РџСЂРё накачке РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ переход СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ (1) РІ полосу (2). (Поглощением света РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРё 4115 можно пренебречь). Рлектроны скатываются СЃ полосы (2) РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРё (3), Рё лазерный переход получается РЅР° длине волны около 2,5 РјРєРј между СѓСЂРѕРІРЅСЏРјРё (3) Рё (4)