Рубіновий лазер
Для того, щоб вимушене випромінювання справді породило лавину, необхідно, щоб якнайбільше атомів, що перебувають у метастабільному стані, «відчули» випромінювання, що падає на них. А для цього потрібно продовжити час перебування випромінювання всередині речовини.
Розглянемо, як це робиться, з прикладу рубінового лазера.
Кристал рубіну складається з атомів алюмінію та кисню з невеликою домішкою атомів хрому - саме атоми хрому і надають рубіну його шляхетний колір. Ці ж атоми мають і розглянуту вище систему трьох енергетичних рівнів, середній з яких є метастабільним.
З рубінового кристала виточують стрижень (зі строго паралельними торцями!) і навивають на нього трубку газорозрядної лампи, яка називаєтьсялампою накачування(рис. 28.4).
Під дією світла лампи накачування атоми хрому переходять з основного рівня 1 на рівень 3 (див. вище рис. 28.3), а потім практично відразу - наметастабільнийрівень 2. Переходи на цей рівень зумовлені в основному передачею енергії кристалічних ґрат.
Внаслідок цих переходів на метастабільному рівні 2 «накопичується» велика кількість атомів, тобто виникає, як то кажуть, «перенаселеність» метастабільного рівня 2.
Середовище, в якому найбільш населеним є один із збуджених рівнів атомів, називаєтьсяактивним. Таке середовище має запас енергії, який уможливлює лавиноподібний процес вимушеного випромінювання.
Але створити активне середовище ще недостатньо: якщо «вимушено випромінювані» фотони одразу ж вилетять з нього, лавина не виникне. Для її виникнення треба якимось чином затримати випромінювані фотони в середовищі. Але як це зробити? Адже фотони незупиниш: вони завжди рухаються зі швидкістю світла.
Вчені здогадалися, що «затримати» фотони все-таки можна – для цього треба продовжити їхшляхза допомогоювідображення.
З цією метою паралельні торці кристала покривають тонким шаром срібла, роблячи їх дзеркальними. Відбиваючись від торців, фотони, що летять уздовж осі кристала, проходять через кристалбагаторазово- туди і назад. При цьому внаслідок вимушеного випромінювання їх число лавиноподібно збільшується, в результаті чого в кристалі швидко наростає випромінювання, спрямоване вздовж осі кристала (рис. 28.5).
Щоб випускати частину цього випромінювання назовні, один із дзеркальних торців роблять частково прозорим. Випромінювання, що виходить з цього торця, і являє собою промінь лазера (рис 28.6).