Рубиновый лазер

Первый квантовый генератор света был создан в 1961 г. Мейманом (США) на рубине. Рубин - кристалл, основой которого является корунд, т.е. кристалл окиси алюминия - Аl₂O₃. В нем небольшая часть атомов алюминия (~0,05%) замещена ионами хрома. Эти ионы и играют основную роль в работе квантового генератора. Упрощенная система энергетических уровней иона хрома на рис.7. В этой системе рабочим переходом, приводящим к излучению, является переход 2 ® 1.

Рис. 7.

Надо отметить, что для получения инверсии недостаточно использовать только 2 уровня энергии атомной системы, излучательные переходы между которыми определяют генерацию. Для создания инверсной заселенности этих уровней необходимо воспользоваться и другими, вспомогательными. При этом различают трех- и четырех- уровневые системы. Рубиновый ОКГ относится к 3-х уровневым системам. Рассмотрим принцип создания инверсии в этом случае. За счет внешнего источника излучения подходящей частоты (импульсной газоразрядной лампы) ионы хрома переводятся в энергетическое состояние E₃. Их время жизни в этом состоянии много меньше времени жизни на уровне E₂, и они относительно быстро, безизлучательным путем, отдав излишек энергии кристаллической решетке, переходят в состояние E₂, накапливаясь там. Так создается инверсия населённости, приводящая к выполнению основного условия, необходимого для возникновения усиления (n₂>n₁). Затравочный квант спонтанного излучения вызывает последующую генерацию. Коэффициент полезного действия (КПД) рубинового лазера не высок и составляет проценты.