Устройство рубинового лазера

По химическому составу рубин представляет собой Al₂O₃ с небольшой примесью Cr₂O₃ . активным элементом лазера служит кристалл рубина, имеющий удлиненную цилиндрическую форму. Роль резонатора выполняют тщательно отполированные и посеребренные торцы самого рубинового стержня, один из которых является полупрозрачным (частично отражающим). Инверсная населенность достигается с помощью вспомогательного излучения, которое дает импульсная газоразрядная лампа, в виде спирали, окружающая рубиновый стержень.

В явлении генерации света участвуют только ионы хрома (алюминий и кислород являются инертными). Поглощая энергию от лампы вспышки в синей и зеленой областях видимого света, ионы Cr переходят из основного состояния Е₀ и возбужденные, которые представляют собой две группы тесно расположенных энергетических уровней (энергетические полосы Е₁ и Е₂) (рис. 4). В этих состояниях ионы находятся очень короткое время (~ 10^-7 сек) и затем безизлучательно переходят на нижерасположенный энергетический уровень Е₃, отдавая избыток энергии в виде тепла, нагревающего кристалла рубина.

 

 

Рис. 4.

Схема энергетических уровней хрома

Это промежуточное возбужденное состояние Е₃ является метастабильным, потому что ион хрома может находиться на нем сравнительно долго (~ 10 ^-3 сек). В течение этого времени ионы накапливаются на метастабильном уровне Е₃, в результате чего число таких ионов становится больше числа ионов в основном состоянии, т.е. между этими уровнями возникает инверсная населенность. Спонтанный переход хотя бы одного из возбужденных ионов хрома с уровня Е₃ на Е₀ воздействует на соседние ионы, вызывая их вынужденные переходы, сопровождающиеся излучением одной и той же частоты ν :

Фотоны, которые движутся не параллельно продольной оси кристалла, покидают его, проходя через прозрачные боковые стенки. Фотоны, испускаемые вдоль оси, многократно отражаются от его зеркальных торцов и на своем пути вызывают индуцированное излучение все большего числа ионов. При достаточно большой инверсной населенности усиление излучений в рубине вследствие индуцированных переходов будет превышать потери на поглощение в зеркалах и на других частицах самого кристалла, в результате чего лавинообразно нарастает поток фотонов. Достигнув достаточной мощности, излучение выходит наружу через полупрозрачный торец рубинового стержня.

Луч лазера существенно отличается от обычного луча света, что и определяет его широкое применение. Лазерное излучение когерентно, почти монохроматично, полностью поляризовано и распространяется в виде узкого параллельного пучка с очень малым углом расхождения. Путем оптической фокусировки такого пучка можно получить исключительно высокую концентрацию световой энергии на ничтожно малом участке вещества. В связи с этим в биологии и медицине сфокусированное излучение лазера используется в качестве тончайшего хирургического инструмента, с помощью которого можно избирательно разрушить микроскопические элементы структуры тканей с исследовательской или медицинской целью. В частности, оно применяется, например, для хирургических вмешательств на сетчатой оболочке глаза.

Описание экспериментальной установки

Схема установки изображена на рис. 5. Большая интенсивность светового пучка лазера позволяет использовать его в ряде работ, для чего осуществляется разделение и разводка пучка к нескольким рабочим местам с помощью плоскопараллельных пластинок.

Для определения длины волны в формуле (3) необходимо знать sin φ _n. Так как

l > > x_n, то .

Подставляя значение sin φ _n в (3), получим окончательную формулу для нахождения длины волны:

. (4)

 

 

Порядок выполнения работы

Меры безопасности: прямое воздействие излучения гелий-неонового лазера (l=632, 8 нм) на глаз в силу его фокусирующей способности может вызвать повреждение сетчатки глаза, поэтому:

Луч лазера или его зеркальное отражение

ни при каких условиях не должны попадать в глаза!

Упражнение 1. Определение длины волны гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки

Оптическая схема установки представлена на рис.6.

Рис. 6.

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Популярное:

1. A. универсальные и специальные.
2. CGraph::CGraph (CRect r, UINT Pts)
3. DIMM 168pin (Dual-In-line-Memory-Mobule)
4. E) в последние 6 месяцев полномочий Президента
5. E) организация и руководство деятельностью Правительства
6. E) представленные в Мажилисе Парламента
7. E) руководство политической партией
8. English as a Global Language
9. I. ДВА ТИПА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
10. I. Заполнение фрагмента «Талон приема»
11. I. ОПИСАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. ПОРЯДОК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ.
12. II Технология и организация строительных процессов