На каких физических принципах основана работа рубинового лазера?

Рубиновые лазеры основаны на явлении светового усиления в активной среде, состоящей из кристаллического рубина (алюмооксида, содержащего примеси хрома). Рубиновый лазер работает по следующему принципу:

1. Обратное заселение: В активной среде рубинового лазера атомы хрома находятся в возбужденном состоянии и готовы переходить в основное состояние. При этом большинство атомов находятся в основном состоянии, а лишь небольшая часть находится в возбужденном состоянии.

2. Световое возбуждение: Внешний источник энергии, такой как фотон или электрическая дуга, поступает в активную среду рубинового лазера. Это приводит к переводу атомов хрома из основного состояния в возбужденное состояние. Энергия фотонов или электрической дуги передается атомам, они поглощают ее и переходят в возбужденное состояние.

3. Стимулированное излучение: При наличии атомов, находящихся в возбужденном состоянии, происходит стимулированное излучение. Атомы, находясь в возбужденном состоянии, спонтанно переходят в основное состояние, излучая фотон. При этом каждый излучаемый фотон имеет одинаковую фазу, направление и энергию с фотоном, который его стимулировал. Это приводит к усилению световых волн.

4. Оптическая обратная связь: Рубиновый лазер содержит отражатель на одном конце и частично пропускающий зеркало на другом конце. Отражатель отражает световые волны, создавая оптическую обратную связь. Фотоны, излучаемые стимулированным излучением, многократно проходят через активную среду рубинового лазера, усиливаясь на каждом проходе. Это создает условия для генерации когерентного лазерного излучения.

Таким образом, рубиновые лазеры работают на основе светового усиления в активной среде, где стимулированное излучение и оптическая обратная связь играют ключевую роль в генерации лазерного излучения рубинового спектра.