 |
|
Лазерные излучения и типы лазеров. Принцип работы лазера
Для эффективного использования света в различных технологиях, технике, науке необходимо получать синхронное и синфазное излучение света отдельными атомами. Впервые идею получения такого излучения, называемого когерентным, высказал советский ученый В.А. Фабрикант. Упрощенную схему получения когерентного излучения можно представить следующим образом. Пусть имеется цепочка атомов, вытянутых в линию. Атомы находятся в возбужденном состоянии. Внешний фотон взаимодействует с первым атомом, приводит его в невозбужденное состояние, вызывая излучение по направлению цепочки атомов такого же кванта света. Таким образом, вдоль цепочки уже будут двигаться два фотона. Один из них «ударит» следующий атом, который даст излучение еще одного фотона. Аналогично процесс создания фотонов будет происходить и дальше. В результате световой поток усиливается в цепочке в огромное число раз. Теоретически коэффициент усиления может достигать гигантского значения – 
. Важно, что это будет поток квантов света одинакового направления и энергии.
В реальных условиях в веществе кроме возбужденных атомов имеются невозбужденные, которые поглощают часть энергии фотонов и тем самым уменьшают энергию выходного когерентного излучения. Если число невозбужденных и число возбужденных атомов равны между собой, то никакого усиления света не получится. Следовательно, для усиления света необходимо, чтобы число возбужденных атомов было больше числа невозбужденных. Поэтому во время когерентного излучения необходимо к данному веществу подводить энергию извне для возбуждения атомов. Такой процесс наз. накачкой.
Прибор, где используют принцип усиления света, рассмотренный выше, получил название лазер, означающее усиление света с помощью вынужденного излучения. Такой квантовый усилитель можно превратить в генератор, если создать в нем положительную обратную связь, при которой часть излучения с выхода возвращается снова на вход и вновь усиливается.
Рис. 12.1. Устройство лазера: 1 – зеркало; 2 – полупрозрачное зеркало; 3 – активная среда; 4 – лазерное излучение
Под действием накачки происходит возбуждение атомов активного вещества 3 между зеркалом 1 и полупрозрачным зеркалом 2. Эта конструкция образует открытый оптический резонатор, иначе называемый интерферометром Фабри-Перро.
В результате возникновения вынужденного излучения фотоны движутся между зеркалами 1 и 2. Часть из них отражается от полупрозрачного зеркала, проходит через активное вещество, воздействует на возбужденные атомы, что приводит к усилению светового потока, большая часть которого в виде когерентного светового излучения 4 выходит в окружающее пространство.