Cтраница 3
При пропускании тока через гелий-неоновую смесь газов электронным ударом атомы гелия возбуждаются до состояний 235 и 225, которые являются метастабильными, поскольку переход в основное состояние из них запрещен квантово-меха-ническими правилами отбора При прохождении тока атомы накапливаются на этих уровнях. Когда возбужденный атом гелия сталкивается с невозбужденным атомом неона, энергия возбуждения переходит к последнему. Этот переход осуществляется очень эффективно вследствие хорошего совпадения энергии соответствующих уровней. Вследствие этого на уровнях 35 и 2S неона образуется инверсная заселенность относительно уровней ЗР и 2Р, приводящая к возможности генерации лазерного излучения. Лазер может оперировать в непрерывном режиме. Концы лазерной трубки закрыты соответствующим прозрачным материалом так, чтобы аксиальные моды падали на него под углом Брюстера Благодаря этому обеспечивается полное пропускание одной из поляризаций света и устранение из пучка другой. Излучение гелий-неонового лазера линейно поляризовано. В качестве зеркал используют многослойные диэлектрики ( см. § 29), поскольку более низкие коэффициенты отражения не обеспечивают достижения порога генерации. [31]
Красители являются очень сложными молекулами, у которых сильно выражены колебательные уровни энергии. Вследствие внутримолекулярного взаимодействия молекула очень быстро ( за времена порядка 10 - п - 10 - 12с) переходит безызлучательно на нижний энергетический уровень каждой полосы. Поэтому после возбуждения молекул через очень короткий промежуток времени на нижнем уровне полосы Е сосредоточатся все возбужденные молекулы. Таким образом, возможно излучение практически любой частоты в интервале, соответствующем ширине нулевой полосы. А это означает, что если молекулы красителя взять в качестве активного вещества для генерации лазерного излучения, то в зависимости от настройки резонатора можно получить практически непрерывную перестройку частоты генерируемого лазерного излучения. Поэтому на красителях создаются лазеры с перестраиваемой-частотой генерации. Накачка лазеров на красителях производится газоразрядными лампами или излучением других лазеров. [32]
Атом фтора далеа всту - 1ст во взаимодействие с молекулой водорода, и образуется воз - / жденная молекула фтороводорода с неравновесным распреде-ением энергии. Колебательно-вращательные переходы в - такой йиолекуле и могут быть использованы для получения лазерного излучения. Однако энергия диссоциации молекулы SiF6 значи-тельно превосходит энергию когерентного излучения. Выход был найден в использовании для создания химических лазеров цепной реакции. Тогда образуются химически активные атомы хлора и водорода, а их взаимодействие может быть использовано для генерации лазерного излучения. [33]
Итак, накачка обеспечивает инверсную заселенность уровней активных центров. Это и происходит в приборах, называемых квантовыми усилителями света. Лазер же является не усилителем, а генератором света; здесь нет первичного светового пучка. Поэтому важно понять, как же начинается или, точнее говоря, зарождается генерация лазерного излучения. [34]
Шавлов и Таунс предложили распространить принцип действия мазера на оптическую область, используя оптические переходы между электронными уровнями атомов. При попытках реализовать принцип действия лазера возникают новые по сравнению с мазером фундаментальные проблемы. Это связано в первую очередь с тем, что длина волны света мала по сравнению с любыми приемлемыми размерами резонатора. Следовательно, приходится осуществлять выделение нужной моды. Одна из возможностей такого выделения заключается в том, что убирают боковые стенки резонатора и используют просто два зеркала, расположенных параллельно друг другу на его концах. При этом образуется интерферометр Фабри - Перо, что было предложено Шавловом, Таунсом, Прохоровым и Дике. Прежде чем начнется процесс генерации лазерного излучения, возбужденные атомы спонтанно испускают свет во всех возможных направлениях. Благодаря указанному расположению зеркал в резонаторе будут существовать достаточно долго ( для эффекта вынужденного испускания) только те световые волны, которые распространяются в направлении, близком к оси лазера. Другие же моды не будут усиливаться. Такой механизм особенно эффективен, поскольку за счет вынужденного испускания усиливаются волны, которые имеют одни и те же направление, длину волны и поляризацию. Таким образом, интерферометр Фабри - Перо осуществляет сильную дискриминацию мод по их временам жизни в резонаторе. [35]