Лазеры

Лазеры

Спонтанное излучение

В возбуждённом состоянии атом находится около 10 -8 с, после чего самопроизвольно ( спонтанно ) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.

Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.

Вынужденное излучение

Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным .

Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г А. Эйнштейном.

Вынужденное излучение

Вынужденное излучение происходит в результате воздействия на возбуждённый атом кванта света, частота которого совпадает с частотой его спонтанного излучения. Атом при этом переходит на более низкий энергетический уровень, и к первичному фотону добавляется ещё один фотон, ничем не отличающийся от первого. Падающее на атом излучение удваивается, затем может образоваться «лавина» фотонов.

Квантовые генераторы

Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами .

Трёхуровневая система лазера

При работе лазера часто используется система трёх энергетических уровней атома, второе из которых – метастабильное со временем жизни атома в нём до 10 -3 с.

Рубиновый лазер

Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень . Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr. Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние.

Рубиновый лазер

На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой лампой накачки . Служит для передачи атомам хрома квантов энергии для перехода из основного состояния в метастабильное. Очень быстро образуется «перенаселённость» метастабильного уровня.

Рубиновый лазер

Один из торцов стержня зеркальный (для как можно большей задержки фотонов внутри стержня и вызывания как можно большего числа актов вынужденного излучения), другой – полупрозрачный (через него выходит лазерное излучение). Боковая поверхность стержня непрозрачная.

Свойства лазерного излучения

• Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения.
• Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность).
• Лазеры являются мощными источниками света (до 10 9 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).

Применение лазеров

• Обработка материалов (резание, сварка, сверление);
• В хирургии вместо скальпеля;
• В офтальмологии;
• Голография;
• Связь с помощью волоконной оптики;
• Лазерная локация;
• Использование лазерного луча в качестве носителя информации.

Применение лазеров