При вынужденном излучении все атомы когерентно излучают кванты света , тождественные по частоте и направлению распространения. В активной среде лазера, помешенной в активный резонатор, образованный двумя плоскими, параллельными зеркалами, за счёт усиления или многократного прохождения излучения между зеркалами, Формируется когерентный пучок лазерного излучения, направленный перпендикулярно зеркалам. Лазерное излучение выводится из резонатора через одно из зеркал, которое делается прозрачным. Энергия возбуждения подводится к линзе через систему накачки, обеспечивающую инверсию населённости энергетических уровней и необходимый коэффициент усиления активной среды.
Схематическая конструкция лазера (рис.18.4.1):
рис.18. 4.1
Для создания и поддержания в активной среде инверсии населённости применяются специальные методы, зависящие от структуры активной среды.
В лазере на кристалле рубина применяются трёхступенчатая система (рис. 18. 4. 2).
ис. 18. 4. 2
В энергетическом спектре атомов рубина имеется наряду с узкими уровнями ε1, ε2 сравнительно широкая полоса поглощения -энергетический уровень ε3.
Под действием оптической накачки атомы переходят из ε1 на ε3. Через очень короткий промежуток времени приблизительно 10-8 с атомы без излучения переходят в состояние ε2. Время жизни атомов на метастабильном уровне ε2 существенно выше, чем на уровне ε3. При достаточно быстром переводе атомов из S1 в S3 плотность числа частиц на метастабильном уровне оказывается выше, чем на уровне ε1 т.е. возникает инверсия населённости уровней ε2 и ε1. При этом происходит лазерная генерация. Существуют активные среды, работающие по четырёхуровневой системе рис.18.4.3.
Рис.18.4.3.В аналитических спектрах таких сред между ε3 и ε1 имеется промежуточный рабочий уровень ε2, который расположен настолько выше основного, что в условиях термодинамического равновесия его заселённость незначительная. Лазерная генерация происходит с ε3 на ε2. Малая населённость уровня ε2 облегчает создание инверсии населённости, что является основным преимуществом сред, работающих по четырёхуровневой системе. По четырёхуровневой системе работает большинство лазеров на твёрдых активных средах, а также многие лазеры на газовых средах.
Лазеры могут излучать в непрерывном режиме, однократном (режим единичной вспышки) , в импульсном ( в том числе и с разными частотами повторения импульсов).
18. 5. Полупроводниковые лазеры
рис. 18. 5.1
В окрестностях перехода имеется много свободных электронов в зоне проводимости и много дырок в валентной зоне. Если через переход пропустить достаточно сильный электрический ток или добавить в область перехода с одной стороны свободных электронов, с другой стороны дырок, то в результате может возникнуть ситуация, когда на дне высшей зоны будет электронов больше, чем на потолке нижней.
Конструкция представляет собой два приведённых в контакт полупроводника, отшлифованных так, что две противоположные грани образуют резонатор типа двух зеркал. Одна из граней покрыта веществом, чтобы поверхность эта была полуотражающей, а вторая - полупрозрачная.
Полупроводниковые лазеры миниатюрных размеров имеют ряд достоинств: они более производительны, с помощью изменения тока просто управлять интенсивностью выходящего излучения.
Недостатки: сравнительно низкая степень когерентности, сравнительно низкая монохроматичность излучения.
По способу накачки полупроводниковые лазеры делятся на:
1. инжекционные - используют гетеропереходы
2. возбуждение которых (накачка) происходит с помощью электронного пучка
3. полупроводниковый лазер с оптической накачкой
4. стриммерный лазер.
В инжекционном лазере излучение возникает в результате рекомбинации электронов и дырок в р-n переходе или гетеропереходе при протекании тока в прямом направлении.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.