ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
щие в диапазоне сантиметровых волн и получившие название мазеров. В 1960 г. Мейманом (США) был создан первый
аналогичный прибор, работающий в оптическом диапазоне, – лазер. Иногда лазеры называют оптическими квантовыми
генераторами (ОКГ).
Для усиления световой волны нужно сделать так, чтобы в состоянии с большей энергией
n
E находилось большее
число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией
m
E . В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет
инверсную населённость. В веществе с инверсной населённостью энергетических уровней вынужденное излучение может
превысить поглощение света атомами, вследствие чего падающий пучок света при прохождении через вещество будет
усиливаться.
Создание лазеров стало возможным после того, как были найдены способы осуществления инверсной населённости
уровней в некоторых веществах. В первом лазере рабочим телом был стержень из розового рубина (окись алюминия –
32
OAl ),
в котором часть атомов алюминия замещены атомами хрома. При поглощении света ионы хрома
+++
Cr переходят в возбуж-
дённое состояние. Обратный переход в основное состояние происходит в два этапа. На первом этапе возбуждённые ионы
отдают часть своей энергии кристаллической решётке и переходят в метастабильное состояние. Переход из метастабиль-
ного состояния в основное запрещён правилами отбора. Поэтому среднее время жизни иона в метастабильном состоянии
примерно
в 10
5
раз больше времени жизни в обычном возбуждённом состоянии. На втором этапе ионы из метастабильного состоя-
ния переходят в основное, излучая фотон с
6943=λ А
°
.. Под действием фотонов такой же длины волны, т.е. при вынуж-
денном излучении, переход ионов хрома из метастабильного состояния в основное происходит значительно быстрее, чем
при спонтанном излучении. На рис. 4.3 дана схема уровней иона хрома (уровень 3 представляет собой полосу, образован-
ную совокупностью близко расположенных уровней). Перевод ионов в возбуждённое состояние (накачка) изображено
стрелкой
13
W . Время жизни уровня 3 очень мало ( c10
8−
). В течение этого времени некоторые ионы перейдут спонтанно
из полосы 3 на основной уровень 1. Такие переходы показаны стрелкой
31
A . Однако большинство ионов перейдёт на ме-
тастабильный уровень 2 (вероятность перехода, показанного стрелкой
,
32
S значительно больше, чем перехода
31
A ).
При достаточной мощности накачки число ионов хрома, находящихся на уровне 2, становится больше числа ионов
на уровне 1. Следовательно, происходит инверсия уровней 1 и 2. Стрелка
21
A изображает спонтанный переход с метаста-
бильного уровня на основной. Излучённый при этом фотон может вызвать вынужденное испускание дополнительных
фотонов, (переход
21
W ), которые в свою очередь вызовут вынужденное излучение и т.д. В результате образуется каскад
фотонов, летящих в том же направлении, что и падающие фотоны.
Лазеры на рубине работают в импульсном режиме (несколько импульсов в
минуту). Внутри кристалла выделяется большое количество тепла, поэтому его
приходится интенсивно охлаждать.
В 1961 г. Джаваном был создан первый газовый лазер, работающий на смеси
гелия и неона. В 1963 г. были созданы первые полупроводниковые лазеры. В на-
стоящее время список лазерных материалов насчитывает много десятков твёрдых и
газообразных веществ.
Для излучения лазеров характерны замечательные особенности:
−
строгая монохроматичность волн;
−
высокая временная и пространственная когерентность;
−
большая интенсивность;
−
узость пучка.
Эти особенности лазеров дали им возможность применения в различных областях: машиностроении – прошивание
отверстий и обработка деталей; медицине – терапевтическое лечение, точечная сварка сосудов, пришивание сетчатки
глаза и др.; радио- и телефонной связи; компьютерной технике и голографии и многих других.
4.6. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. Используя теорию теплоёмкости Эйнштейна, вычислить удельную теплоёмкость с при постоянном объ-
ёме алюминия при температуре
K200=T . Характеристическую температуру
E
Θ
Эйнштейна принять для алюминия
равной
.K300
Решение. Удельная теплоёмкость с вещества выражается через молярную теплоёмкость
m
C соотношением
,/ MCc
m
=
(1)
где
M
– молярная масса.
Молярная теплоёмкость при постоянном объёме по теории Эйнштейна выражается формулой
2
/
/
2
)1(
3
−
Θ
=
Θ
Θ
T
T
E
m
E
E
e
e
T
RC
. (2)
Рис. 4.3
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- …
- следующая ›
- последняя »
