Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Длина волны света, генерируемого в лазерах различного типа, лежит между 0,25 мк и не­сколькими микронами.

Сначала были созданы лазеры, в которых основной деталью — излучающим телом — был искусственный рубин, размерами и формой на­поминающий обычный карандаш. Рубин — это прозрачный, розоватый кристалл Аl2O3 с при­месью Cr2O3. Чтобы понять, почему рубин может быть излучающим телом, надо разобраться в энергетических уровнях его атомов.

На рисунке 16 показана схема энергетиче­ских уровней иона хрома Cr+++ в розовом ру­бине. Наименьшей энергии иона хрома соответ­ствует уровень 1, т. е. уровень его основного состояния. Возбужденным состояниям иона соответствуют уровень 2 и полоса 3, в которой много энергетических уровней. Облучая кри­сталл белым светом, можно перевести ионы хрома из основного состояния на один из уров­ней полосы 3. Из всей энергии белого света по­лезно используется в рубине спектральный уча­сток, соответствующий переходам от верхнего до нижнего края полосы 3. Если бы ширина полосы 3 была незначительна, даже мощному источнику света не удалось бы перевести боль­шое число ионов хрома в состояние 3.

Из этого состояния ионы хрома в подавляю­щем большинстве возвращаются в основное состояние через промежуточный уровень 2. На уровень 2 они переходят с полосы 3, отда­вая кристаллической решетке рубина часть энергии Е3-E2. Если в состоянии 2 ионы хрома задержатся на какое-то заметное время, то достаточно мощным облучением рубина мож­но добиться, что на энергетическом уровне 2 будет больше ионов хрома, чем в основном со­стоянии 1.

Из энергетического состояния 2 атомы хрома переходят в основное состояние 1, излучая по­ток ярко-красного света с длиной волны в

0,6943 мк. Частота этого излучения равна  (E2-E1)/h. Пользуясь формулой n=c/n и обозначая E2-Е1

как E21, мы получим l=hc/E21.

Это излучение, образующееся в процессе пе­рехода ионов хрома с уровня 2 на уровень 1, окрашивает рубин в характерный для него крас­ный, рубиновый цвет. Такое свечение называется люминесценцией. Оно распространяется по все­возможным направлениям, и его еще нельзя на­звать лазерным излучением. Чтобы рубиновый стержень мог работать как лазер, его торцы А и Б должны быть параллельными с очень высокой точностью.

Рис. 16. Фотоны, испускаемые источником белого света с энергией от hn1=DE3 до hn2=DЕ3+DЕn забрасывают ионы хрома на полосу 3. С полосы 3 ион хрома переходит на уровень 2, не испуская свет. Не нужно думать, что ион хрома при этом дви­жется: он находится все время на одном и том же месте в крис­таллической решетке рубина. Изменяется только его энергия. С уровня E2 ионы переходят на уровень E1 самопроизволь­но или под воздействием пролетающего рядом фотона. В результате этого перехода излучается фотон hn=E2-Е1.

Современная техника в состоя­нии обработать кристалл с такой точностью. Торцы А и Б тщательно отполированы и посереб­рены. На торце Б толстый слой серебра, он полностью отражает падающий на него свет. На другой торец нанесен тонкий слой серебра, и, так как в очень тонком слое металлы прозрачны, этот торец пропускает некоторую долю падаю­щего на него света.

Рубиновый стержень окружен спиралеоб­разной импульсной лампой В (рис. 17). Эта лам­па освещает рубиновый стержень мощным све-

Рис.   17. Рубиновый  лазер.

181