Практически инверсное состояние среды осуществлено в оптических квантовых генераторах, или лазерах (усиление света с помощью вынужденного излучения). Лазеры генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях (в оптическом диапазоне). Лазеры разделяются по активным средам: твердотельные, газовые, полупроводниковые, жидкие.
Лазер имеет три основных компонента:
1) активную среду, в которой создаются состояния с инверсией населенностей;
2) систему накачки (устройство для создания инверсии в активной среде);
3) оптический резонатор (устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок).
Рассмотрим простейшую трехуровневую систему лазера.
Активная среда – кристалл рубина (оксид алюминия Аl2О3) в кристаллической решетке которого некоторые из атомов Аl замещены трехвалентными ионами Cr3+.
При интенсивном облучении рубина светом мощной импульсной лампы атомы хрома переходят с нижнего уровня 1 на уровни широкой полосы 3.
Так как время жизни атомов хрома в возбужденных состояниях мало (меньше 10–7 с), то осуществляются либо спонтанные переходы 3→1 (они незначительны), либо наиболее вероятные безызлучательные переходы на уровень 2 (он называется метастабильным) с передачей избытка энергии решетке.
Каждый фотон, случайно родившийся при спонтанных переходах, в принципе может инициировать (порождать) в активной среде множество вынужденных переходов 2→1, в результате чего появляется лавина вторичных фотонов. Однако спонтанные переходы носят случайный характер, и спонтанно рождающиеся фотоны испускаются в разных направлениях, поэтому вторичные фотоны распространяются в разных направлениях. Следовательно, излучение, состоящее из подобных лавин, не может обладать высокими когерентными свойствами.
Для выделения направления лазерной генерации используется — оптический резонатор. В простейшем случае им служит пара обращенных друг к другу зеркал, между которыми помещается активная среда. ... остальная часть текста, формулы, таблицы, изображения скрыты