Страница 124 из 161
Мейман рассчитал, что достаточно интенсивный зеленый свет может желательным образом заселить промежуточное состояние 2Ē. Рто, РІ СЃРІРѕСЋ очередь, должно было изменить населенность РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ состояния (уменьшить его населенность). Р’СЃРµ эти результаты побудили его использовать СЂСѓР±РёРЅ для первого лазеры Рё продолжить расчеты.
На этом этапе принципиальной проблемой было найти источник зеленого света, достаточно мощного, чтобы накачать атомы на верхний уровень. Грубо говоря, лампа излучает свет, как если бы она была черным телом с высокой температурой.
Предварительные расчеты показали, что требуется лампа с эквивалентной температурой черного тела 5000 К. Мейман начал свои расчеты с коммерчески доступными ртутными лампами, но убедился, что их характеристики на пределе. Тогда он вспомнил, что импульсные ксеноновые лампы имеют эквивалентную температуру 8000 К. Не было причин исключать работу лазера в импульсном режиме, так как во многих случаях импульсный источник был привлекательным.
Теперь РјС‹ можем легко понять динамику процесса, СЃРЅРѕРІР° обращаясь Рє СЂРёСЃ. 50. Освещение зеленым светом возбуждает некоторые РёРѕРЅС‹ С…СЂРѕРјР° СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ (РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ РѕРЅ имеет спектроскопическое обозначение 4Рђ2 Рё обозначен числом 1) РІ полосу уровней, обозначенную как 4F2 Рё числом 3. Отсюда РёРѕРЅС‹ быстро, Р·Р° доли микросекунды (путем передачи энергии РїСЂРё столкновениях СЃ атомами решетки), переходят РЅР° уровень 2Ē, обозначенный числом 2. РЎ него РѕРЅРё возвращаются РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень РІ течение ~ 5 РјСЃ, испуская красный свет.
Мейман измерил уменьшение числа РёРѕРЅРѕРІ, остающихся РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј СѓСЂРѕРІРЅРµ после поглощения зеленого света РЅР° 5600 Рђ, путем наблюдения фиолетового света РЅР° 4100 Рђ, который поглощается РЅР° переходе РѕС‚ 4A2 РЅР° 4F1. Р—Р° счет этого перехода энергия РёРѕРЅРѕРІ С…СЂРѕРјР° возрастает СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ 1 РІ полосу, обозначенную 4F1. РќР° образец СЂСѓР±РёРЅР° посылался интенсивный короткий импульс излучения зеленого света РЅР° 5600 Рђ Рё одновременно образец просвечивался фиолетовым светом РЅР° 4100 Рђ. РљРѕРіРґР° интенсивный импульс излучения РЅР° 5600 Рђ посылается РЅР° образец, излучение РЅР° 4100 Рђ, также посылаемое РІ это же время РЅР° образец, испытывает резкое увеличение (поглощение уменьшается), которое спадает Р·Р° ~ 5 РјСЃ. Ртот эффект легко объяснить. Р�мпульс света РЅР° 5600 Рђ, который возбуждает РёРѕРЅС‹ СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ РІ полосу 4F2 уменьшает число РёРѕРЅРѕРІ РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј СѓСЂРѕРІРЅРµ, которые можно возбудить светом РЅР° 4100 Рђ РІ полосу 4F1. Тем самым уменьшается поглощение фиолетового света. Только после ~ 5 РјСЃ, РєРѕРіРґР° РёРѕРЅС‹ возбужденные РІ полосу 4F2, РїСЂРѕР№РґСЏ уровень 2Ē, возвратятся РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень, поглощение фиолетового света возвратится Рє первоначальному состоянию. Ртот Рё РґСЂСѓРіРёРµ эксперименты позволили Мейману рассчитать, что изменение населенности РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ РІ 3% вполне осуществимо.
Воодушевленный этим результатом, РѕРЅ модифицировал условия эксперимента, чтобы возбудить максимально возможное число РёРѕРЅРѕРІ С…СЂРѕРјР° СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ 1 РЅР° уровень 2. Для этого РѕРЅ использовал СЂСѓР±РёРЅ РІ РІРёРґРµ цилиндра, окруженного спиральной импульсной лампой (лампой-вспышкой). Чтобы собрать побольше света РЅР° образец СЂСѓР±РёРЅР°, РѕРЅ поместил РІСЃРµ РІ цилиндр СЃ посеребренными внутренними стенками. Таким образом, около 98% света лампы отражалось РѕС‚ РЅРёС… РЅР° образец. После внимательного изучения каталога ламп-вспышек, выпускаемых для профессиональных фотографов фирмой Дженерал Рлектрик, РѕРЅ установил, что три РёР· РЅРёС…, FT 503, FT 506, FT 634, РІ принципе годятся. Чтобы получить резонатор, РѕРЅ отполировал РѕР±Р° основания цилиндра СЂСѓР±РёРЅР° Рё сделал РёС… грани параллельными. РќР° РЅРёС… испарением РІ вакууме наносились слои серебра (получался эталон Фабри-Перо). РћРґРёРЅ РёР· слоев имел максимальный коэффициент отражения, Р° РґСЂСѓРіРѕР№ имел некоторое малое пропускание для вывода излучения РёР· резонатора. Цилиндр СЂСѓР±РёРЅР° имел длину около 2 СЃРј Рё диаметр несколько меньший 1 СЃРј, Рё полностью окружался спиралью импульсной лампы (СЂРёСЃ. 51). Мейман выбрал самую маленькую лампу, FT 506. Через лампу разряжалась батарея конденсаторов, заряженная РґРѕ нескольких киловольт. Напряжением РЅР° батарее определялась интенсивность излучения лампы- РљРѕРіРґР° энергия разряда была РЅРµ слишком высока, через РЅРµ полностью отражающую грань СЂСѓР±РёРЅР° РїСЂРѕС…РѕРґРёР» красный свет люминесценции, который можно было наблюдать глазом РЅР° экране. РЎ помощью подходящего приемника (фотоэлемент или фотоумножитель) можно было также прослеживать изменение интенсивности этого света РІРѕ времени, убеждаясь, что РѕРЅР° затухает Р·Р° характерное время ~ 5 РјСЃ, типичное для люминесценции. Однако РєРѕРіРґР° энергия разряда достигала определенного значения, внезапно РЅР° экране наблюдалось интенсивное красное пятно диаметром около 1 СЃРј.