В принципе лазерное действие можно получить на R1 или R2 линиях, но обычно оно получается на R1, линии. Лазер характеризуется некоторыми особенными свойствами, присущими источнику этого типа: когерентностью, т.е. способностью производить интерференционные явления; направленностью пучка испусканием очень узкой полосы частот с очень большой мощностью. Расходимость пучка, т.е. угол, под которым он расходится, был около 5, на расстоянии 10 м пятно излучения было меньше 9 см в диаметре. Более того, пучок был пространственно когерентным, что было немедленно продемонстрировано путем наблюдения способности производить интерференционные полосы. �спускаемая мощность была около 10 кВт, это означало, что поток, испускаемый в частотном интервале (спектральная мощность), почти в миллион раз превосходил тот, что соответствует солнечному свету на поверхности земли для того же спектрального интервала.
РџСЂРё исследовании временных характеристик лазерного излучения СЃ помощью фотоэлектрического приемника Рё осциллографа оказалось, что излучение состоит РёР· СЂСЏРґР° тесно расположенных импульсов (пичков), каждый длительностью РїРѕСЂСЏРґРєР° микросекунды (СЂРёСЃ. 52). Рта особенность была названа пичковым режимом, Р° лазер обозначался как работающий РІ режиме СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ генерации. Р’СЃРєРѕСЂРµ была использована специальная техника, называемая Q-switching, или модуляция добротность. Ртот метод заставляет лазер излучать лишь РѕРґРёРЅ импульс СЃ существенно меньшей длительностью Рё соответственно СЃ существенно большей (РІ сотни раз) РїРёРєРѕРІРѕР№ мощностью. Получались импульсы света СЃ пиковыми мощностями РІ сотни Рё даже тысячи мегаватт. Такие импульсы стали называть гигантскими.
Рис. 52. �злучение рубинового лазера в режиме свободной генерации (пички)
Появление лазера произвело РІ научном РјРёСЂРµ эффект разорвавшейся Р±РѕРјР±С‹, вызвав разработку целого СЂСЏРґР° систем лазеров, РІ реальность которых никто РЅРµ верил несколькими месяцами ранее. Практически, любая субстанция, включая РІРѕР·РґСѓС…, могла быть использована для создания лазера. РњС‹ рассмотрим лишь несколько случаев Рё начнем рассмотрение СЃ примеров твердотельных лазеров, Р° затем опишем реализацию первого газового лазера, гелий-неонового лазера, который даже сегодня является РѕРґРЅРёРј РёР· наиболее широко используемых лазеров СЃ прекрасными характеристиками. РњС‹ также рассмотрим цезиевый лазер, неодимовый лазер, Р° также лазеры, основанные РЅР° растворах органических красителей. Рти лазеры можно перестраивать РІ очень широком диапазоне частот, Рё РѕРЅРё являются некоторыми РёР· наиболее универсальных лазеров. Наконец, полупроводниковые лазеры, имеющие фундаментальное значение для современных систем коммуникации, основанных РЅР° применении оптических волокон. Для этого применения полупроводниковый лазер является идеальным источником.
Второй твердотельный лазер
В сентябре 1959 г. Таунс организовал конференцию Квантовая электроника резонансные явления, на которой, хотя лазер еще не был создан, большинство неформальных дискуссий концентрировалось на лазерах.
Р’ этой конференции приняли участие Петер РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ Рё Мирек Стевенсон РёР· Р�сследовательского Центра РёРј. Томаса Ватсона фирмы IBM. РћРЅРё стали энтузиастами концепции лазера. Ртот Центр был организован РІ 1956 Рі. Рё предоставлял комфортные условия РІ прекрасном месте вблизи РќСЊСЋ-Йорка. Директор физического отдела Центра Вильям РЎРјРёС‚, предложил после прочтения статьи Шавлова Рё Таунса, чтобы его РіСЂСѓРїРїР°, занимающаяся микроволновой спектроскопии Рё РІ которой работали РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ Рё Стевенсон, переключила СЃРІРѕРё усилия РЅР° лазеры.
Петер Рџ. РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ был сыном Питирима РЎРѕСЂРѕРєРёРЅР°[10], профессора социологии Гарвардского университета. Рџ.Рџ. РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ учился РІ том же университете РЅР° физическом факультете. Р’ 1958 Рі. РѕРЅ РїРѕРґ руководством Бломбергена защитил диссертацию РїРѕ ядерному магнитному резонансу. Молодой человек планировал работать РІ области теоретической физики твердого тела. РќР° второй РіРѕРґ аспирантуры РѕРЅ Рё его РґСЂСѓРі получили РѕС‚ Бломбергена тему РїРѕ ядерному магнитному резонансу. РћРЅРё сочли ее легкой. Р’ то время Бломберген был РЅРµ очень опытным руководителем Рё РѕР±Р° приятеля делали, что хотели. РќРѕ Рє концу СЃСЂРѕРєР° профессор пожелал иметь РѕС‚ каждого аспиранта статью СЃ результатами, которые РѕРЅ счел неудовлетворительными. Бломберген так прокомментировал РёС…: Рти статьи ничего РЅРµ РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ Рѕ том, чему СЏ вас учил. Р’ результате РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ потратил часть лета, чтобы понять ядерный магнитный резонанс Рё написал РЅРѕРІСѓСЋ статью, которую Бломберген, РЅР° этот раз, РїСЂРёРЅСЏР». РћРЅ решил, что затратил РјРЅРѕРіРѕ времени РЅР° тему Рё теперь может непосредственно приступить Рє диссертации. Сначала Бломберген предложил ему теоретическую проблему, Рё РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ РІ течение РіРѕРґР° сидел Р·Р° столом СЃ пачкой бумаг. Наконец, РѕРЅ пришел Рє профессору Рё сказал: Вычеркнуто РІСЃС‘, что СЏ перепробовал, оставшееся очень трудно продвинуть. Бломберген посмотрел РЅР° него Рё сказал: Хорошо, Петер, СЏ думаю тебе лучше заняться экспериментом. Р�так, РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ получил задание сделать измерения ядерного магнитного резонанса РЅР° атомах цезия. Однако оказалось, что времена релаксации велики, Рё это затрудняло эксперимент. Наконец, РѕРЅ построил систему скрещенных катушек, аналогичную той, что использовалась РіСЂСѓРїРїРѕР№ Блоха РІ Стенфорде, Рё успешно закончил диссертацию.