Таким образом, если перевести атомы какого-либо вещества на верхний уровень и облучить их волной соответствующей длины, все атомы будут излучать согла­сованно, в такт с проходящей волной. Колебания источников из­лучения будут когерентными. Правда, нужно найти вещест­ва, атомы которых длительное время могли бы находиться в воз­бужденном состоянии и не излуча­ли бы самопроизвольно. Физики нашли такие вещества.

Один из наиболее распростра­ненных квантово-механических приборов — генератор когерент­ного светового излучения. Он на­зван лазером.

Это название составлено из первых букв английских слов «усиление света за счет вынужденного излу­чения». Так же составлены названия и дру­гих квантово-механических приборов: мазер — генератор сантиметровых и милли­метровых радиоволн, и разер — генератор инфракрасных лучей.

Основа лазера — кристалл искусственного рубина, внешним видом и размерами похожий на толстый карандаш. В качестве примеси в кристалл входят ионы хрома. При облучении обычным, некогерентным зеленым светом от мощного внешнего источника (его называют генератором «накачки») энергия как бы накачи­вается в кристалл (рис. 25) и беспорядочно пе­реводит ионы хрома на верхний уровень. Они так же самопроизвольно и беспорядочно воз­вращаются, но не на нижний уровень, а на средний, теряя только часть приобретенной энергии. Здесь они могут удерживаться до­статочно долго. А уже с этого уровня их мо­жет столкнуть на нижний уровень — одно­временно, как по команде, — луч красного света.

Зеленый свет применяется для накачки ла­зера потому, что энергия его квантов соответ­ствует энергии, необходимой для перевода ионов хрома с нижнего уровня на верхний. Переход со среднего уровня на нижний со­ответствует излучению красного света, по­этому только красный луч и может вызвать излучение возбужденных до среднего уров­ня атомов.

Полезная работа лазера состоит в том, что энергия луча, проходящего сквозь кристалл,

Рис. 25. Схема энергетических уровней (зон) ионов хрома в рубине.

увеличивается за счет излучения ионов, и из прибора луч выходит усиленным. Но лишь де­сятая доля процента, идущая от лампы-накач­ки, преобразуется в рубине в узкий пучок крас­ного цвета.

Только узкая полоса частот соответствует зе­леному свету, который переводит ионы хрома с нижнего энергетического уровня на верхний. Эта полоса так узка, что практически луч ла­зера монохроматичен, т. е. излучение идет на одной частоте. Сконцентрированные на среднем энергетическом уровне ионы скачком переходят на нижний уровень и излучают частоту, соответ­ствующую разнице между энергиями нижнего и среднего уровней.

Излучение лазера импульсное, так как ионы не могут долго удерживаться на среднем уровне. Стоит нескольким из них перейти на нижний уровень, как появившийся красный луч начнет вызывать переходы других ионов.

Пройдя вдоль рубинового «карандаша», луч усилится сравнительно ненамного. Поэтому тор­цы кристалла покрывают серебром и полируют, превращая их в отражающие зеркала. Отражаясь от них, луч многократно пройдет из конца в ко­нец по кристаллу, соберет энергию со всех воз­бужденных ионов и выйдет через узкое отверстие, оставленное в одном из посеребренных концов, т. е. выстрелит красным лучом. Весь этот про­цесс длится тысячные доли секунды.

В последнее время появились и лазеры непре­рывного действия. Они работают как усилители света.

К описанному остается добавить, что гене-

241