Два близько розташованих рівня 2 - метастабільні довгоживучі стану. Час життя даного стану в квантовій механіці визначається сумою ймовірностей всіх спонтанних переходів у нижчі стану 1
В
де t 2 - характеризує час, протягом якого населеність стану зменшується в е раз.
В
Ширина енергетичного рівня DW 2 пов'язана з часом життя даного стану співвідношенням:
DW 2 = h/t 2 ,
де h - постійна Планка.
Таким чином, чим більше час життя даного стану, тим менше ширина його енергетичного рівня.
В
Перехід 2 В® 1 у тризарядних іоні Cr 3 + заборонений правилом відбору. Два широких рівня 3 відповідають станам з малим часом життя, причому найбільш вірогідний спонтанний перехід 3 В® 2. Цей перехід безізлучательний - надлишок внутрішньої енергії іона переходить у теплову енергію кристалічної решітки.
Інверсне заселення станів відбувається за трирівневою схемою.
Випромінювання накачування поглинається в кристалі на переходах 1 В® 3.
Спектр поглинання рубіна відповідає роздвоєною структурі стану 3. Він містить дві широкі (Dl В»1000) смуги поглинання, максимуми яких припадають на зелену і фіолетову області спектру. Спектр поглинання рубіна представлений на рис. 7.2, де дві залежності відповідають двом орієнтаціям падаючого випромінювання щодо оптичної осі кристала. У результаті поглинання випромінювання накачування іони хрому переходять в один зі станів 3. Потім за рахунок спонтанного безізлучательного розпаду цих станів іони виявляються в метастабільних станах 2. Оскільки в даному випадку виконується умова населеність стану 2 при відповідній щільності накачування може перевищити населеність незбудженого стану та на переходах 2 В® 1 виникає генерація. У рубіновому ОКГ генерація здійснюється на двох лініях, які зазвичай позначають R 1 і R 2 . Довжина хвилі цих ліній залежить від температури кристала, так як температура змінює характер внутрірешеточного розщеплення основного іонного стану. Залежність довжини хвилі генерації від температури кристала є специфічною особливістю твердотільних ОКГ. Значення довжини хвилі генерації на рубіні при кімнатній та азотної температурах наведені в таблиці 7.1.
Таблиця 7.1
Лінії
l,
T = 300 o K
T = 77 o K
R 1
6943
6934
R 2
6929
6929
Генерація на рубіні в Нині реалізується як в імпульсному, так і в безперервному режимі. Для імпульсного режиму характерні мілісекундним імпульси генерації, в цьому випадку використовуються імпульсні ксенонові лампи. Порогова енергія накачування залежить при обраної лампі від обсягу і температури кристала, а також від конструкції системи накачування. Стрижень і лампа зазвичай розташовуються паралельно один до одного всередині круглого циліндричного освітлювача, іноді використовуються еліптичні або ж подвійні еліптичні відбивачі. У практиці застосовуються кристали діаметром від (12-15) мм. і довжиною (15-20) см. На торці рубіна наноситься срібне або діелектричне покриття, так, щоб один був повністю, а інший частково відображає або ж відшліфований рубін розміщується всередині відкритого резонатора Фабрі-Перо. Порогова енергія для рубіна становить сотні джоулів, а коефіцієнт корисної дії не перевищує 1%.
II. Монохроматичність і когерентність твердотільних ОКГ.
Однією з основних характеристик випромінювання є ширина його спектру, тобто діапазон частот або довжин хвиль, який займає випромінювання. Ширину спектра випромінювання зручно характеризувати ступенем монохроматичності. У разі спектральної лінії ступінь монохроматичності дорівнює:
В
де напівширина лінії, а центральна частота.
Якщо то випромінювання ідеально монохроматичності. Якщо то випромінювання називається квазімонохроматіческім або майже монохроматичним. З визна лення ступеня монохроматичності випливає, що ідеально монохроматичне випромінювання - це випромінювання, ширина спектру якого дорівнює нулю. Таке випромінювання можна зіставити лише з коливанням електромагнітної енергією, нескінченної тривалості.
У разі, коли випромінювання займає протяжна ділянка спектра, ступінь монохроматичності визначається логарифмом відносини крайніх частот спектру: m = ln (w 2 /w 1 ) = 2.3 lg (l 1 /l 2 ). p> Сучасні ОКГ на рубіні мають потужність в імпульсі кілька кіловат, а деякі ОКГ володіють по...
