Оптические квантовые генераторы. Свойства лазерного излучения.

1.Оптические квантовые генераторы.

Для источников света, традиционных в обл. спектра, хар-на не когерентность излучения.

В начале 60-х годов были созданы источники света иного типа - оптические квантовые генераторы (лазеры). В противоположность некогерентным источникам, эл.-маг. волны зарождаются в различных частях оптич. квант. генератора, удаленных друг от друга на макроскопич. расстояния, оказываются когерентны между собой.

Лазер работает на принципах индуцированного излучения, которое имеет ту же фазу, ту же поляризацию и то же направление что и вынуждающее. При термодинамическом равновесии заселенность энерг. уровней в атоме удовл. закону Больцмана: ,при котором, заселенность верхнего ур. меньше заселенности нижнего. Чтобы при распр. в среде волна усиливалась N>N₀ нужно создать среду с инверсной заселенностью N₂>N₁ или создать среду с коэффециентом .

Усиление света обычно сравнивают с нарастающей лавиной, при этом фооны изображают в виде шариков (рис.1).

Для того чтобы создать такую среду надо было осущесствить обратную связь. Для этого активная зона либо располагалась между параллельными зеркалими, перпендикулярно циллиндру либо торцы активной зоны делались зеркальными – открытый резонатор. Свет в такой системе многократно отражаясь от зеркал ну только усиливается но и монохроматизируется и сужается. Угол расхождения пучка , где D-ширина пучка

Тогда ближайшая длинна волны для которой тоже будет выполняться усиление будет определяться условием

При обратной связи необходимо чтобы часть излучаемого света все время находилась в зоне активного в-ва и вызывала излучения все новых и новых атомов. Учтем что энергетические уровни и линии имеют ширину и предположим что ширина спектральных линий меньше дисперс. областей прибора, тогда это условие удовлетворяет только 1 линии. Именно эта длинна волны усиливается максимально, что и приводит к монохроматизации , где N-число отражений от зеркал.

За счет большого числа отражений . Механизм монохроматичности в лазере примерно такой же как и в интерферометре Фабри-Перо, усиливаются не только лучи паралельные его оси но и лучи идущие под небольшими углами к его оси чтобы в лазере этого не происходило употребляются сферические зеркала.

В реальном лазере одно из зеркал полупрозрачное потому что какая-то часть должна быть выпущена из активной среды.

Существуют рубиновый, гелий-неоновый и лазер на красителе(можно настраивать на различные длины волн).