Рубіновий лазер.

Вперше принципи роботи квантових генераторів на твердому тілі були перевірені на кристалі рубіна. Червоний колір рубіна пояснюється тим, що при освітленні його природним світлом частина атомів хрому збуджується, а потім спонтанно переходить з верх­ніх енергетичних рівнів на нижні, випромінюючи при цьому червоне світло, яке ми й бачимо. Рубіновий гене­ратор випромінює імпульси світла на хвилі близько 0,7 мк з дуже вузькою смугою (менше 1Å).

Будова рубінового генератора показана на рис.

1-охолоджувач, 2-пружина, 3-скляна трубка, 4-рубін, 5-імпульсна лампа, 6-вихідний пучок, 7-джерело живлення.

Кристал рубіна виготовляється у вигляді стержня довжи­ною близько 4 см і діаметром близько 0,5 см. Довжина і діаметр можуть бути й іншими, але, як правило, знаходя­ться в межах 0,1-2 см по діаметру і 2-23 см - по довжи­ні. Торці рубінового стержня полірують до одержання оп­тичноплоскої поверхні. Срібне по­криття наноситься так, що одна торцева поверхня рубіна стає повністю відбивальною, а друга може мати коефіцієнт пропускання від 5 до 80%. Коефіцієнт відбивання від них рідко перевищує 85 або 90%. Якщо необхідно одер­жати більший коефіцієнт відбивання, використовують ба­гатошарові діелектричні плівки.

Ккд лазера визначається як відношення когерентно випромінюваної енергії до електричної енергії, яка затра­чається у імпульсній лампі, і є функцією багатьох параметрів. До них відносяться спектральні характеристи­ки імпульсної лампи.

Крім рубіна, для створення квантових генераторів на твердому тілі застосовують окис магнію МgO, топаз, сма­рагд, уваровіт, уран та ін. Усі ці матеріали мають широкі смуги поглинання і їх люмінесцентні переходи дають лінії, що лежать у червоній області світлового спектра.

Хороші наслідки були досягнуті в дослідах з фтористим кальцієм СаF₂ з домішками тривалентного урану або самарію. Є по­відомлення про створення лазера, в якому використовує­ться кристал вольфрамату кальцію СаWO₄ з домішкою іонів неодиму. Робляться спроби використання як активної ре­човини люмінесцентних матеріалів типу скла. Випробовувались лазери на склі з домішками неодиму, також із застосуванням органічного скла. Найбільш складною технічною проблемою, що стоїть перед вченими, які розробляють лазери, є відведення тієї частки енергії випромінювання у кристалі, яка пере­творюється у тепло.

Нагрівання має великий вплив на роботу кристалічних квантових генераторів. Експерименти показують, що ге­нератор на рубіні перестає працювати, як тільки він пере­гріється. Внутрішнє нагрівання активної речовини не до­зволяє створювати генератори світла на твердому тілі, що працюють у безперервному режимі, навіть якщо як охоло­джувач використовується рідкий азот. При нагріванні ак­тивної речовини розширюється лінія випромінювання генератора.