Поглощение (фиг 1.1, в)

Предположим теперь, что атом первоначально находится на уровне 1. Если это основной уровень, то атом будет оставаться на нем до тех пор, пока на него не подействует какое-либо внеш­нее возмущение. Пусть на вещество падает электромагнитная волна с частотой определяемой выражением (1.1). В таком случае существует конечная вероятность того, что атом перейдет на верхний уровень 2. Разность энергий требующаяся

для того, чтобы атом совершил переход, берется из энергии па­дающей электромагнитной волны. В этом заключается процесс поглощения.

По аналогии с (1.3) вероятность поглощения W\₂ определяет­ся уравнением

(1.5)

где —число атомов в единице объема, которые в данный мо­мент времени находятся на уровне 1. Кроме того, так же как и в выражении (1.4), можно написать

Диаграмма энергети­ческих уровней Не и

Схема устройства га­зового лазера.

Газовые лазеры на нейтральных атомах

Оба выходных окна газоразрядной трубки расположены под углом а (углом Брюстера), при котором луч лазера, поляри­зованный в плоскости рисунка, не испытывает потерь на окнах. Обычно используются не плоские зеркала, а сферические, по­скольку они образуют более устойчивые резонаторы.

Типичным (и фактически имеющим особенно важное значе­ние) представителем лазеров на нейтральных атомах является гелий-неоновый (Не — Ne) лазер. Он может генерировать на любой из следующих трех длин волн: = 0,633 мкм и Это был первый газовый лазер,

на котором была осуществлена генерация (при )

[6]. В настоящее время самым популярным и наиболее рас­пространенным является -лазер с длиной волны 0,633 мкм (красный).

Эйнштейн показал, что вынужденное излучение должно быть по своим характеристикам совершенно тождественно с тем из­лучением, которое, проходя через вещество, вызывает появление индуцированного излучения. Новый фотон, появившийся в резуль­тате того, что атом (или молекула) вещества переходит с высшего энергетического состояния на низшее под действием света, имеет ту же энергию и летит строго в том же направлении, что и фотон, сти­мулировавший появление первого. На волновом языке эффект вынуж­денного излучения сводится к увеличению амплитуды проходящей волны без изменения ее частоты, направления распространения, фазы и поляризации. Другими словами, вынужденное излучение строго когерентно с вынуждающим излучением.

3 . Новый фотон, появившийся в результате индуцированного из­лучения, усиливает свет, проходящий через среду. Однако следует иметь в виду, что кроме индуцированного излучения происходитпроцесс поглощения света. В результате поглощения фотона атомом, находящимся па энергетическом уровне W фотон исчезнет и атом перейдет на энергетический уровень W₂ (рис. 15.9, а). Этот процесс уменьшает мощность света, проходящего через среду. Таким образом происходят два конкурирующих друг с другом процесса. В результате актов вынужденного излучения фотон с энергией hv «сваливает» атом с уровня W на уровень W и вместо одного фотона дальше летят два фотона (рис. 15.9, б). Акты же поглощения уменьшают число фотонов, проходящих сквозь среду. Действие усиливающей среды определяется тем, какой из двух процессов преобладает. Если пре­обладают акты поглощения фотонов, то среда будет не усиливающей, а ослабляющей свет который че­рез нее проходит.

Рис. 15.9