Физические методы исследования. Семинарские занятия. Часть 2. Стариковская С.М. - 47 стр.

2.7     Лазеры как источники излучения. Принцип действия
        и организация генерации.
Тема сегодняшнего занятия, последнего в цикле семинаров, посвященных ис-
точникам и приемникам излучения – лазеры. Мы обсудим принцип действия ла-
зера, условия многомодовой и одномодовой генерации, особенности оптических
резонаторов и возможности управления их параметрами, принципы генерации
сверхкоротких импульсов.

2.7.1   Принцип действия лазера
Среди понятий, необходимых нам при обсуждении принципов работы лазера, –
понятия когерентности и вынужденного излучения. Вспомним вкратце опреде-
ления этих понятий.
  Рассмотрим интенсивность света в какой-либо точке пространства, где пере-
крываются 2 пучка света. Пусть колебания монохроматичны и задаются выра-
жением

                             E1 = a1 cos(ωt + ϕ1 )                   (2.30)

                             E2 = a2 cos(ωt + ϕ2 )                   (2.31)
  Можно показать, что интенсивности колебаний в этом случае

                                   Ii = a2i ;                        (2.32)
                                     
                      I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos(ϕ2 − ϕ1 )            (2.33)
   Когерентность колебаний означает, что их фазы каким-либо образом свя-
заны между собой.
   Среди различных видов взаимодействия между атомом и электромагнитным
полем наиболее часто выделяют поглощение излучения с частотой, достаточ-
ной для перехода в одно из возбужденных состояний, и спонтанный переход
атома из возбужденного состояния в более низкое с испусканием фотона. Мы
же сегодня будем говорить в основном о третьем виде взаимодействия: если
на атом, находящийся в возбужденном состоянии, действует излучение, кото-
рое сам атом в данном состоянии мог бы естественным образом излучить, то
внешнее излучение вызывает индуцированное (или стимулированное) излуче-
ние атома. Существование этого процесса впервые было осознано Эйнштейном
в 1916 году и было вызвано необходимостью объяснить равновесное распределе-
ние по энергетическим состояниям атомов, взаимодействующих с излучением.
В последующие более чем 35 лет индуцированному излучению уделялось до-
статочно важное место в фундаментальных исследованиях, но оно не находило
никакого применения на практике. Сейчас забавно, к примеру, слышать, что в
классической американской монографии 1954 года по квантовой теории излу-
чения эта тема была лишь слегка затронута. В период второй мировой войны
существенный толчок получили исследования, связанные с развитием микро-
волновой техники. Прогресс в микроволновой технике повлек за собой расши-
рение исследований взаимодействия микроволнового излучения с веществом, в

                                      47