Страница 112 из 161
Более недавно, РІ ядрах более чем 50 галактик, были открыты мазеры, которые РІ миллион раз ярче, чем те, что находятся РІ самих галактиках. Рти мега мазеры, как РёС… называют, РІ некоторых случаях, вероятно, накачиваются через механизм инфракрасного излучения, РЅРѕ РІ РґСЂСѓРіРёС… случаях механизм накачки неясен.
�зучение этих мазеров, интересное само по себе, обещает быть полезным для понимания астрофизических процессов эволюции звезд.
ГЛАВА 11
ПРЕДЛОЖЕН�Е ОПТ�ЧЕСКОГО МАЗЕРА
Таунс РІ СЃРІРѕРёС… исследованиях собирался построить аммиачный мазер РЅР° длине волны около 0,5 РјРј, Р° затем обратился Рє РјРЅРѕРіРѕ большей длине волны 1,25 СЃРј, ради упрощения конструкции. Р’СЃРµ РґСЂСѓРіРёРµ мазеры, построенные после этого, работали РІ сантиметровом диапазонах. РќРµ было генератора, основанного РЅР° вынужденном излучении, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕРіРѕ испускать излучение РІ миллиметровом Рё субмиллиметровом диапазоне. Хотя РґСЂСѓРіРёРµ типы традиционных генераторов, таких, как клистроны, магнетроны Рё лампы бегущей волны, улучшались Рё позволяли дойти РґРѕ чуть более, чем 1 РјРј, эта длина волны была самая короткая для этих устройств, Р° РёС… мощности были очень РЅРёР·РєРё. Фактически РЅРµ было реальных запросов РЅР° когерентные излучатели РІ миллиметровом Рё инфракрасном диапазон. РћРґРЅРѕ РёР· важных применений ночное видение использовало инфракрасные лучи, испускаемые самими нагретыми предметами, Рё требовало лишь хороший приемник, РЅРѕ РЅРµ нуждалось, РІ каком Р±С‹ то РЅРё было излучателе. Для РґСЂСѓРіРѕРіРѕ важного применения, спектроскопии, обычные инфракрасные лампы уже обладали достаточной мощностью. Поэтому РЅРµ было никакого смысла разрабатывать новые источники. Однако, исследователи любопытны Рё любят расширять границы знания. Так что, даже без какой-либо поспешности, как только был запущен мазер, стали думать, Р° нельзя ли принцип его действия использовать для создания генератора света, который стали называть оптическим мазером. Ртой задачей занялись независимо РІ РЎРЁРђ Рё РІ бывшем Советском РЎРѕСЋР·Рµ.
Чтобы сделать оптическое устройство этого типа, следует рассмотреть другие энергетические уровни по сравнению с микроволновым мазером. Микроволновые частоты настолько низкие, что зазор энергии между уровнями, нужный для генерации, можно найти во вращательно-колебательных состояниях молекул или в тонкой структуре атомов в магнитном поле, как мы уже об этом говорили. В оптическом случае испускаемые фотоны должны иметь энергию, по крайней мере, в сто раз большую, и поэтому требуются переходы между электронными уровнями атомов.
Другим существенным элементом является резонатор, который необходим для работы генератора Рё РІ микроволновой области, Рё РІ области существенно более коротких длинах волн. Микроволновые резонаторы имеют размеры, сравнимые СЃ длиной волны, С‚.Рµ. РїРѕСЂСЏРґРєР° сантиметра. РЎ помощью существующей технологии изготовления таких резонаторов РЅРµ представляет труда. Р’ случае света, длина волны РїРѕСЂСЏРґРєР° 1 РјРєРј или даже меньше. Поэтому изготовление резонатора таких размеров представлялось невозможным. Без резонатора невозможно получить существенное взаимодействие между частицами Рё излучением, вынужденное излучение слабо, Рё теряются принципиальные особенности устройства. Однако были рассмотрены альтернативные методы, способствующие эффективному взаимодействию между возбужденными частицами Рё излучением. Рто была система, состоящая РёР· РґРІСѓС… полупрозрачных плоских зеркал, параллельных РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіСѓ. Такая система уже использовалась РІ спектроскопии для измерений длин волн СЃ высокой точностью. Как РјС‹ СѓРІРёРґРёРј далее, эта система является настоящим резонатором, хотя РґСЂСѓРіРѕР№ РІРёРґ ее использовался для микроволновой области частот[6]. РћРЅР° была придумана РІ 1899 Рі. РґРІСѓРјСЏ французскими учеными РЎ. Фабри (18671945) Рё Рђ. Перо (1863-1925). Сегодня эту систему РґРІСѓС… зеркал называют интерферометром ФабриПеро, или просто Фабри-Перо. Если излучение распространяется взад Рё вперед между зеркалами, то РёР·-Р·Р° интерференции внутри резонатора имеются лишь определенные длины волн. РџСЂРё пропускании излучения через такую систему зеркал получается система концентрических колец, радиусы которых зависят РѕС‚ длины волны. Ртот интерферометр СЃРѕ времен Фабри Рё Перо используется для прецизионного исследования спектров (например, тонкой Рё сверхтонкой структуры).
С другой стороны, если внутри резонатора ФабриПеро поместить инвертированную среду, то на этих резонансных частотах получается увеличенное взаимодействие между излучением и возбужденными атомами. В результате испускается излучение на определенных оптических длинах волн. Хотя размеры этого резонатора теперь много большие, чем длина волны, в нем происходит хорошая селекция возможных типов колебаний (мод), так как только излучение, которое распространяется взад и вперед между зеркалами, может генерироваться. Другое излучение, распространяющее даже под малым углом к поверхности зеркал, покидает резонатор после нескольких отражений.