Главная | Обратная связь

Принцип роботи рубінового лазера

Рубін - природний мінерал кристалічної будови, виключно твердий (майже як алмаз). Рубін став першим твердим активним середовищем - кристал корунду Al₂O₃ з невеликою домішкою іонів хрому Cr+++. Зовнішні кристали рубіна дуже красиві. Їх колір в залежності від вмісту хрому має різні відтінки: від яскраво-рожевого до темно-червоного.

Саме вони є підсилювачами хвиль видимого світла і джерелом лазерного випромінювання. Можливий енергетичний стан іонів хрому можна представити у вигляді трьох рівнів (I, II і Ш). Щоб активізувати рубін і привести атоми хрому в "робочий" стан, використовують імпульсну лампу, що спалахує приблизно на 10^-3 секунди і дає потужне випромінювання світла.

Ці кванти поглинаються електронами хрому, що знаходяться на нижньому енергетичному рівні (I). Збудженим електронам достатньо поглиненої енергії для переходу на верхній (III) енергетичний рівень.

Повернутися в основний стан електрони атомів хрому можуть через проміжний (II) рівень, або безпосередньо з третього рівня на перший. Вірогідність переходу їх на другий рівень більша, ніж на перший. Велика частина поглиненої енергії переходить на проміжний (II) рівень. За наявності достатнього інтенсивного збудливого випромінювання трапляється нагода отримати на другому рівні більше електронів, ніж залишилося на основному. Якщо тепер освітити активізований кристал рубіна слабким червоним світлом (цей фотон відповідає переходу з II в I основний стан), то "червоні" кванти як би підштовхнуть збуджені іони хрому, і вони з другого енергетичного рівня перейдуть на перший.

Рубін при цьому випромінюватиме червоне світло. Оскільки кристал рубіна є стержнем, торцеві поверхні якого виготовляються у вигляді двох відбиваючих дзеркал (оптичний резонатор Фабрі-Перо), то відбившись від торців рубіна, "червона" хвиля знову пройде через кристал і на своєму шляху всякий раз залучатиме до процесу випромінювання все більше число нових часток, що знаходяться на другому енергетичному рівні.

Таким чином, в кристалі рубіна безперервно накопичується світлова енергія, яка виходить через його межі через одну з торцевих напівпрозорих дзеркальних поверхонь у вигляді спопеляючого червоного променя, що в мільйон разів перевершує по яскравості промінь Сонця. Тривалість лазерного імпульсу дорівнює 0,0001 с., трохи коротше за тривалість спалаху неонової лампи. Енергія імпульсу рубінового лазера близько 1 Дж.

Лазер складається з трьох основних частин:

- активної речовини,

- резонансної системи, що представляє дві паралельні пластини з нанесеними на них відбиваючим інтерференційним покриттям,

- і системи збудження (накачування), в якій зазвичай використовується неонова лампа-спалах.

Рубіновий кристал вирощують в спеціальних печах, потім отриману заготовку відпалюють і обробляють, надаючи їй форми стержня. Довжина стержня коливається від 2 до 30 см, діаметр від 0,5 до 2 см. Плоскі торцеві кінці роблять строго паралельними. Іноді дзеркальні поверхні наносять не на окремі відбиваючі пластини, а безпосередньо на торці рубінового стержня. Поверхні торців сріблять, причому поверхню одного торця роблять повністю відбиваючою , іншого - частково відбиваючою. Зазвичай коефіцієнт пропускання світла другого торця складає близько 10 - 25%.

Рубіновий лазер переважно працює в імпульсному режимі і генерує випромінювання на довжині хвилі l=0,6943 мкм. Через можливості отримання великих імпульсних потужностей, а також наявності рубінових кристалів високої оптичної якості, рубіновий лазер і нині один з найбільш відомих твердотільних лазерів.