Задание 8. Рубиновый лазер. Метастабильный уровень

Рис.1

Ла́зер - квантовый генератор, источник когерентного монохроматического электромагнитного излучения оптического диапазона. Обычно состоит из трёх основных элементов:

1) Источник энергии (механизм «накачки»)

2) Рабочее тело

3) Система зеркал («оптический резонатор»)

Стержень рубинового лазера изготовляется из искусственного сапфира А1₂0₃, в который вводится примесь Сг₂0₃ в количестве 0,05 вес.%. Замена небольшого количества ионов А1³⁺ на ионы Сг³⁺ приводит к окрашиванию вещества в ярко-розовый цвет. Действие лазера является результатом возбуждения ионов светом накачки. Рубиновый лазер излучает свет с длиной волны 0,6943 мкм.

Рис.2

Рис. 1, 2 – рубиновый лазер

Энергетический спектр атомов (ионов) содержит три уровня (рис. 1) с энергиями , , . Верхний уровень на самом деле представляет собой достаточно широкую полосу, образованную совокупностью близко расположенных уровней.

Рисунок 1 – Уровни трехуровневой системы

Главная особенность трехуровневой системы состоит в том, что уровень 2, расположенный ниже уровня 3, должен быть метастабильным уровнем. Это означает, что переход в такой системе запрещен законами квантовой механики. Этот запрет связан с нарушением правил отбора квантовых чисел для такого перехода. Правила отбора не являются правилами абсолютного запрета перехода . Однако, их нарушение для некоторого квантового перехода значительно уменьшает его вероятность. Попав в такое метастабильное состояние, атом задерживается в нем. При этом время жизни атома в метастабильном состоянии () в сотни тысяч раз превышает время жизни атома в обычном возбужденном состоянии

(). Это обеспечивает возможность накопления возбужденных атомов с энергией . Поэтому на достаточно большое с точки зрения атомных процессов время удается создать инверсную заселенность уровней 1 и 2.

Date: 2015-05-19; view: 1743; Нарушение авторских прав