Материал: Элементы современной физики атомов и молекул_1

Главная особенность трехуровневой системы состоит в том, что уровень 2, расположенный ниже уровня 3, должен быть метастабильным уровнем. Это означает, что переход 2→1 в такой системе запрещен законами квантовой механики. Этот запрет связан с нарушением правил отбора квантовых чисел для такого перехода и вероятность такого перехода очень мала.

Время жизни атома в метастабильном состоянии 10-3с превышает время жизни атома в обычном возбужденном состоянии 10-8с. Это обеспечивает возможность накопления возбужденных атомов с энергией Е2.

Поэтому на достаточно большое (с точки зрения атомных процессов) время удается создать инверсную заселенность уровней 1 и 2.

Процесс сообщения рабочему телу лазера для перевода атомов в возбужденное состояние называют накачкой.

Во время накачки (с помощью ксеноновой лампы Л, работающей в импульсном режиме) атомы хрома, поглощая излучение, переходят в возбужденное состояние с энергией Е3.(переход 1→3). В этом состоянии атом будет недолго, за это время атомы хрома переходят на более низкий метастабильный энергетический уровень с энергией Е2.

Такой переход 3→2 безизлучательный (без испускания фотона), а избыток энергии при этом передается от атома хрома к кристаллической решетке рубина, в результате чего кристалл нагревается.

Метастабильность уровня 2 обеспечивает на некоторое время инверсию заселенностей уровней 1 и 2. На это время рубиновый стержень превращается в активную среду, которая может усиливать вынужденное излучение.

Если в результате спонтанного перехода вблизи левого торца стержня рождается фотон с такой длиной волны, то, взаимодействуя с атомами хрома, он индуцирует новые фотоны, точно копирующие первоначальный. Процесс рождения вынужденных фотонов при распространении в рубине излучения носит лавинообразный характер.

Для того, чтобы такой оптический усилитель превратить в оптический генератор когерентного лазерного излучения, необходимо усиленный пучок излучения снова направить в активную среду. Это обеспечивает оптический резонатор, состоящий из двух строго параллельных плоских зеркал З1 и З11, расположенных вблизи торцов рубинового стержня.

После многократного отражения от зеркал и усиления лазерный пучок становится достаточно интенсивным и получает возможность выхода через полупрозрачное зеркало (З11). Затем следует новая вспышка лампы накачки и процесс повторяется.