Индуцированное излучение

Лазеры – оптические квантовые генераторы

В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность вынужденных переходов, которые должны сопровождаться индуцированным излучением.

Под индуцированным излучением он понимал излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света, т.е. атом переходит в низшее состояние, но не самопроизвольно, а вынужденно, под действием внешней световой волны. Если при этом на атом, находящийся в высшем энергетическом состоянии , подействовать одним фотоном энергией , то при переходе атома

в основное состояние получается уже два фотона: падающий и индуцированный (рис. 17.8). Для того чтобы получить усиление падающей волны, нужно сделать так, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией . В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную заселенность. Энергетически наиболее выгодной схемой создания инверсной заселенности является трехуровневая система (рис. 17.9), содержащая

Рис. 17.9. метастабильный уровень – уровень.

Лазер на розовом рубине, , в котором некоторые атомы алюминия замещены ионами (именно в таком виде хром находится в кристалле рубина). При поглощении света ионы переходят из основного состояния в возбужденное состояние (переход ). Безизлучательный переход разрешен (рис. 17.9). Создается инверсная заселенность. С метастабильного уровня некоторые ионы хрома могут спонтанно перейти в состояние , излучая фотоны света. Под действием этих фотонов происходит каскад вынужденных переходов соседних атомов на уровень 1, сопровождающихся индуцированным излучением. Рубиновый лазер является импульсным генератором света.

Гелий – неоновый лазер. Рабочим телом является смесь газов и ,. Накачка производится с помощью высокочастотного электрического поля, вызывающего в газе тлеющий разряд. Легкие атомы гелия под действием электрического поля возбуждаются и переходят на уровень (рис. 17.10). В процессе неупругого соударения атомы передают энергию атомам , которые, возбуждаясь, накапливаются на двух метастабильных уровнях и , с которых они переходят на уровень с излучением света двух волн с длинами волн: и .

Рис. 17.10