х лазерів, що склав в 2008 р. 1500 млн. доларів.
2. Основні елементи конструкції волоконних лазерів
Конструкція будь-якого лазера включає в себе три основних елементи: активне середовище, в якій відбувається посилення проходить світла, резонатор, що забезпечує стійкий зворотний зв'язок для генерованого випромінювання, і накачування, за допомогою якої в середовищі створюється інверсна населеність.
Принцип посилення світла заснований на явищі вимушеного випромінювання вперше описаного Ейнштейном. Якщо фотон з певною енергією падає на збуджений атом, енергія збудження якого щодо якого-небудь нижнього рівня дорівнює енергії падаючого фотона, то з деякою вірогідністю збуджений атом випустить квант світла і перейде на цей більш низький рівень. При цьому іспущенний фотон буде ідентичний падаючому за всіма параметрами - енергії, поляризації, напрямку поширення. Використовуючи цей принцип можна домогтися таких умов у середовищі, при яких потужність проходить через неї випромінювання, посилюватиметься. Що б добитися посилення в середовищі необхідно створити інверсно населеність на робочих рівнях, тобто збудженому стані перебуває більше число атомів, ніж на нижньому лазерному рівні. Саме в цьому випадку кількість актів вимушеного випромінювання перевищуватиме кількість актів поглинання, так як імовірності цих процесів однакові. У звичайних умовах (без зовнішнього впливу) в середовищі розподіл атомів по енергіях підпорядковується статистикою Больцмана, що виключає інверсно населеність, а значить і посилення. Зазвичай середу, в якій створена інверсна населеність, називається активною, а атоми і іони, які безпосередньо беруть участь у посиленні, називаються активними. Щоб досягти інверсної населеності в середовищі необхідно зовнішній вплив, спрямоване на переклад активних атомів в збуджений стан. Таким впливом може бути оптичне, електричне, хімічне і будь-яке інше вплив дозволяє перевести атоми в потрібне збуджений стан. Зовнішній вплив називається накачуванням. У волоконних лазерах використовується оптичне накачування, тобто збудження активних атомів здійснюється за допомогою зовнішнього оптичного випромінювання.
Інверсна населеність в середовищі може бути досягнута тільки при певній конфігурації енергетичних рівнів. Наприклад, в чисто дворівневої середовищі не можна створити стаціонарну інверсію за допомогою оптичного накачування. Існують дві основні схеми рівнів атомів, що дозволяють отримати інверсію за допомогою оптичного накачування - трирівнева схема і чотирирівнева схема (малюнок 2).
Малюнок 2 - Чотирьохрівнева схема
У першому випадку кванти накачування переходять активні атоми зі стану 1 в стан 3, потім за рахунок безвипромінювальної релаксації атом переходить у стан 2, звідки він під дією зовнішнього поля переходить назад у стан 1. Щоб досягти інверсії в такою схемою необхідно потужне випромінювання накачування, яке було б в змозі перевести більше половини атомів в збуджений стан. Якщо ж використовувати чотирьохрівневий схему вимоги до потужності накачуванні істотно послаблюються за рахунок того, що в даному випадку для досягнення інверсії між рівнями 1 і 2 досить накачування невеликої потужності, так як рівень 1 практично не заселений. Як правило, досягти генерації по чотирирівневоїсхемою значно простіше, ніж за ...
