§ 12. Рубиновые лазеры с другими частотами излучения

Для энергетической диаграммы рубина (см. фиг. 15) характерны два близко расположенных ²Е уровня. До сих пор мы говорили о лазере, в котором используется переход с нижнего из этих уровней в основное состояние, т. е. переход R₁. Мак Кланг, Шварц и Мейерс [54] показали, что переход R₂ также может быть использован для создания генератора, работающего при комнатной температуре на длине волны λ = 6929 Å. Два уровня, которые дают линии R₁ и R₂, разделены энергетическим интервалом, равным приблизительно 29 см^-1. Время релаксации между этими двумя ближайшими уровнями мало по сравнению с их временами жизни и временами релаксации между всеми другими уровнями, имеющими отношение к работе генератора. При обычных условиях генерация происходит только на линии R₁, поскольку порог самовозбуждения для этой линии достигается при более низких уровнях возбуждения, чем для линии R₂. Как только начинается генерация на линии R₁ и населенность уровня, с которого происходит этот переход, уменьшается, на этот уровень начинают переходить частицы с ближайшего уровня, соответствующего линии R₂, и поэтому условие самовозбуждения для линии R₂ в течение всего времени работы лазера не выполняется. Количественные соотношения таковы: условие самовозбуждения определяется формулой (6.10); коэффициент а, входящий в эту формулу, пропорционален степени возбуждения, но для линии R₁ он в 1,4 раза больше, чем для линии R₂. Таким образом, в случае одинаковых r и пропорционального роста α для обеих линий условия самовозбуждения будут достигнуты раньше для линии R₁. Мак Кланг и др., применив интерференционные фильтры в качестве зеркал, получили генерацию на линии R₂. Примененные ими фильтры имели большой коэффициент отражения для линии R₂(γ = -ln r = 0,18) и сравнительно малый - для линии R₁(γ = 1,25). Во всех других отношениях этот генератор аналогичен генератору на линии R₁.

В лазере другого типа используется красный рубин. Этот кристалл имеет концентрацию хрома 0,5%, т. е. в 10 раз большую, чем в розовом рубине. Система энергетических уровней хрома в красном рубине вследствие обменного взаимодействия между парамагнитными ионами хрома отличается от системы энергетических уровней хрома в розовом рубине. Флуоресценция в красном рубине имеет максимумы, соответствующие длинам волн 7009 и 7041 Å; известно также, что эти линии, возникающие при переходе на уровень, лежащий выше основного состояния, обусловлены взаимодействием между ионами хрома.

Видер и Сарлес [84], работающие в Вариановском объединении, и одновременно с ними Шавлов и Девлин [74] в лаборатории фирмы Белл Телефон добились генерации на этих длинах волн. Обнаруженные линии получили названия "спутников" N₁ (7041 Å) и N₂ (7009 Å). В противоположность переходам R₁ и R₂ на линиях N₁ и N₂ генерация может происходить одновременно, откуда следует, что последние связаны между собой слабее, чем линии R₁ и R₂.

Генерация на "спутниках" наблюдается при температуре жидкого азота. Охлаждение желательно для уменьшения населенности нижнего уровня, который расположен выше основного примерно на 100 см^-1. Хотя лазер с красным рубином подобен четырехуровневой схеме, однако мощность возбуждения, необходимая для работы, оказывается не ниже мощности возбуждения для лазера на линии R₁. Причина этого до сих пор еще не понятна, и многие вопросы, касающиеся красного рубина, требуют дальнейшего выяснения.