Лазер на рубине и неодимовый YAG лазер.

Предварительный опрос

  • Какие вещества называются парамагнетиками.
  • Что такое магнитный момент.
  • Как магнитный момент связан с орбитальным и спиновым моментом.
  • Энергия магнитного момента в магнитном поле.
  • Уровни энергии магнитного момента в постоянном магнитном поле согласно законам квантовой механики.
  • Сложение моментов количества движения в квантовой механике.
  • Обозначение состояний электронов атома. Правила Хунда.
  • Спиновой гамильтониан.
  • Что такое индуцированные переходы с излучением и поглощением.
  • Что такое магнито дипольные и электро дипольные переходы.
  • В чем заключается явление ЭПР?

Содержание лекции

  • Что собой представляет кристалл рубина.
  • Краткая история создания лазера на рубине. Устройство первого лазера.
  • Электронная конфигурация иона Cr3+
  • Энергетическая диаграмма иона Cr3+ в кристалле рубина.
  • Функционирование лазера на рубине. Накачка, генерация, времена жизни уровней. Трехуровневая схема. Наиболее сильные линии излучения.
  • Способы накачки.
  • Конструкция рубинового лазера.
  • Характеристики, достоинства и недостатки рубинового лазера.
  • Применения рубинового лазера.
  • Неодимовый лазер YAG: Nd3+
  • Электронная конфигурация иона Nd3+
  • Энергетическая диаграмма иона Nd3+ в YAG кристалле.
  • Функционирование лазера на неодиме. Накачка, генерация, времена жизни уровней. Четырехуровневая схема. Наиболее сильные линии излучения.
  • Способы накачки.
  • Конструкция неодимового лазера.
  • Характеристики, достоинства и недостатки неодимового лазера.
  • Применения неодимового лазера.
  • Несколько наглядных примеров применения неодимового лазера. Поджог термоядерной реакции, локация Луны, обработка материалов.

Задание на дом

  1. Изобразить энергетические диаграммы ионов Cr3+ и Nd3+, находящихся в лазерных кристаллах. Нанести обозначения уровней, времена жизни, переходы накачки и лазерного излучения с их длинами волн.
  2. Определить отношение населенностей двух уровней при термодинамическом равновесии, если длина волны перехода между этими уровнями равна а) 1 мм, б) 100 мкм, в) 10 мкм, г) 1 мкм. Принять, что температура среды равна 300 K.

Литература

  1. В.М. Шульга, М.П. Перепечай, В.Б. Тютюнник, А.Н. Левченко. Квантовая радиофизика. Методические указания к лабораторным работам. 2010. Работы 3, 4.
  2. Лекция по рубиновому лазеру.
  3. Н.В. Карлов. Лекции по квантовой электронике. М., «Наука» 1988. Лекция 19, последняя часть, посвященная рубину. Лекция 20.
  4. А. Ярив. Квантовая электроника. М.:Сов.радио, 1980. Разделы 10.2, 10.3, 10.4.
  5. В.И. Дудкин, Л.Н. Пахомов. Квантовая электроника. Приборы и их применение. М., Техносфера, 2006. Разделы 6.1, 6.2, 6.3.
  6. О.Звелто. Принципы лазеров. М., «Мир», 1990. Разделы 6.2.1., 6.2.2.1., 6.2.2.2.
  7. Ю.Айхлер, Г.-И.Айхлер. Лазеры. Исполнение, управление, применение. Техносфера, 2008. Раздел 9.1 (Рубиновый лазер).
  8. Н.И. Кондиленко, П.А. Коротков, А.И. Хижняк. Физика лазеров. 1984. Раздел 9. Лазер на рубине. Раздел 10. Лазер на ионе неодима.