Учебное пособие: Елементи квантової фізики

Для лазерної генерації використовують ще один елемент - оптичний резонатор. Оптичним резонатором в найпростішому випадку можуть бути два дзеркала, між якими розміщують рубіновий стержень. Одне із дзеркал є напівпрозорим. Всі ті фотони, які зародились і рухаються в напрямку осі лазера багаторазово відбиваються від дзеркал і в певний момент часу (кожні 10-3с.) разом з черговою лавиною вимушених фотонів при переході W2 - W0, випромінюються через напівпрозоре дзеркало у вигляді лазерного імпульсу. Потужність такого випромінювання в імпульсі може досягати 106 - 109 Вт, а густина потоку світлової енергії 104 - 107 кВт/м2.

Першим газовим лазером безперервної дії став гелій-неоновий лазер, який було створено в 1961р. В гелій-неоновому лазері накачку створюють в два етапи: гелій є носієм енергії збудження, а лазерне випромінювання дає неон. На рис 2.15 показана енергетична схема гелій-неонового лазера.

                     W1                                                           

                                                                                 W2

                      W0

Рис. 2.15

За рахунок співударів з електронами атоми гелію переходять у збуджений стан W1. При зіткненнях збуджених атомів гелію з атомами неону останні також збуджуються і переходять на один з верхніх рівнів неону, розташованих поблизу відповідних збуджених рівнів гелію. Перехід атомів з цього рівня на один з нижчих рівнів W2 супроводиться випромінюванням лазера. Час збудженого стану He  W1 становить близько 10-7с., час збудженого стану Ne  W1 приблизно 10-3с. Різниця в часі дає можливість в певній мірі концентрувати світлову енергію. Довжина хвилі гелій-неонового лазера становить 6328.

Основні властивості лазерного випромінювання:

1. Високі часова і просторова когерентність. Час    когерентності біля 10-3с., а довжина когерентності - 105м.

2. Висока монохроматичність (Dl=10-11м.)

3. Велика потужність випромінювання (до 109Вт)

4. Мала кутова розходженість в променях.

У більшості відомих на сьогодні лазерів ККД не перевищує 1%. Однак є лазери на основі неодиму з ККД біля 75% і потужний СО2 - лазер з ККД до 30%.

Лазери знайшли широке використання у різних галузях науки і техніки.

Серед прикладів використання лазерів слід відмітити слідуючи:

а) обробка металів, мікрозварювання, обробка алмазних виробів;

б) безкровний лазерний скальпель на основі СО2 - лазера в медицині;

в) створення високотемпературної плазми, можливість термоядерного синтезу в майбутньому;

г) різноманітна вимірювальна техніка, лазерні   інтерферометри;

д) створення і відтворення голограм;

е) створення сучасних засобів зв’язку і т.д.