Задача №333-s по физике (11 класс, Мякишев Г.Я.)

Выход был найден в использовании трёх энергетических уровней (общее число уров- ней всегда велико; но речь идёт о «работаю- щих» уровнях). На рисунке 6.27 изображе- ны три энергетических уровня. Существен- но, что в отсутствие внешнего воздействия время, в течение которого система находит- ся в различных энергетических состояниях («время жизни»), неодинаково. На уровне 3 Рис. 6.27 система живёт очень мало, порядка 10–8 с, после чего самопроизвольно переходит в со- стояние 2 без излучения света. (Энергия при этом передаётся кристаллической решётке.) «Время жизни» в состоянии 2 в 100 000 раз больше, т. е. составляет около 10–3 с. Переход из состояния 2 в состояние 1 под действием внешней элек- тромагнитной волны сопровождается излучением. Это ис- пользуется в лазерах. После вспышки мощной лампы систе- ма переходит в состояние 3 и спустя промежуток времени 10–8 с оказывается в состоянии 2, в котором живёт сравни- тельно долго. Таким образом и создаётся «перенаселённость» возбуждённого уровня 2 по сравнению с невозбуждённым уровнем 1. Необходимые энергетические уровни имеются в кристаллах рубина. Рубин — это красный кристалл оксида алюминия Al O с примесью атомов хрома (около 0,05%). 2 3 Именно уровни ионов хрома в кристалле обладают требуе- мыми свойствами. Устройство рубинового лазера Из кристалла рубина изготовляется стержень с плоскопа- раллельными торцами. Газоразрядная лампа, имеющая фор- му спирали (рис. 6.28), даёт сине-зелёный свет. Кратковре- менный импульс тока от батареи конденсаторов ёмкостью в несколько тысяч микрофарад вызывает яркую вспышку лампы. Спустя малое время энергетический уровень 2 стано- вится «перенаселённым». В результате самопроизвольных переходов 2 1 начина- ют излучаться волны всевозможных направлений. Те из них, которые идут под углом к оси кристалла, выходят из него и не играют в дальнейших процессах никакой роли. Но вол- на, идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от его торцов. Она вызывает индуцированное излучение воз- бужд