Страница 127 из 161
Смит верил, что лазеры принесут доходы IBM и будут способствовать репутации его новой лаборатории. После получения степени, Сорокин поступил в IBM для работы по микроволновому резонансу в твердых телах. Когда появилась работа Шавлова и Таунса, его руководитель предложил изучить возможность построить лазер. Вместе с Миреком Стевенсоном, который получил докторскую степень под руководством Таунса несколькими годами ранее, он решил сосредоточиться на этой проблеме. После Конференции сентября 1959 г. они устремились в работу. Они захотели построить лазер, работающий непрерывно, используя лампы с мощностью порядка нескольких ватт. Сорокин полагал, что главная проблема накачка. Для увеличения эффективности нужно существенно уменьшать потери. Поэтому он решил исключить зеркала в резонаторе ФабриПеро, заменив их двумя призмами полного внутреннего отражения.
Явление полного отражения имеет место, когда свет проходит под определенным углом из среды с большим показателем преломления во вторую среду с меньшим показателем преломления, например из стекла в воздух. Если угол светового пучка в стекле по отношению к нормали к поверхности стекловоздух больше определенного значения (для стекла с n = 1,5 этот угол около 57), то свет полностью отражается и не проходит в воздух. В этом случае исключаются потери при отражении. Глава физического отдела Центра В. Смит предложил выбрать кристалл с показателем преломления как раз таким, чтобы можно было, используя призмы, селектировать моды резонатора. Следуя этим соображениям, Сорокин выбрал кристалл флюорида кальция.
Теперь проблема была найти материал для лазерной среды. После изучения научных публикаций РїРѕ этому предмету РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ обнаружил, что СЂСѓСЃСЃРєРёР№ ученый Рџ. Рџ. Феофилов изучил испускание света ионами урана Рё самария РІ кристаллах флюорида кальция. Добавление урана дает люминесцентное излучение РЅР° длине волны около 2,5 РјРєРј. Р�РѕРЅС‹ урана или самария замещают РёРѕРЅС‹ кальция РІ кристалле флюорида кальция Рё имеют энергетические СѓСЂРѕРІРЅРё, подобные тем, что имеют РёРѕРЅС‹ С…СЂРѕРјР° РІ СЂСѓР±РёРЅРµ, СЃ РѕРґРЅРёРј отличием, показанном РЅР° СЂРёСЃ. 53. Р�меется РѕРґРёРЅ добавочный уровень, поэтому испускание света может происходить между уровнем, который заселяется РёР·-Р·Р° распада СЃ РѕРґРЅРѕР№ РёР· полос, РЅР° промежуточный уровень, который, если работают РїСЂРё РЅРёР·РєРѕР№ температуре, практически РЅРµ заселен, так как тепловое возбуждение РЅРµ СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕ заселить его РёР· РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ состояния. Рто обстоятельство, которое РјС‹ можем описать, как четырехуровневая система, позволяет значительно легче получать инверсную населенность. РљСЂРѕРјРµ того, флюорид кальция, допированный ураном, имеет сильную полосу поглощения РІ РІРёРґРёРјРѕР№ области. Рто значит, что ее можно накачивать ксеноновой лампой высокого давления. Разумеется, система нуждается РІ охлаждении РґРѕ РЅРёР·РєРёС… температур.
Р РёСЃ. 53. Рнергетические СѓСЂРѕРІРЅРё трижды ионизованного атома урана РІ кристалле флюорита кальция (CaF2:U3+). РџСЂРё накачке РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ переход СЃ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏ (1) РІ полосу (2). (Поглощением света РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРё 4115 можно пренебречь). Рлектроны скатываются СЃ полосы (2) РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРё (3), Рё лазерный переход получается РЅР° длине волны около 2,5 РјРєРј между СѓСЂРѕРІРЅСЏРјРё (3) Рё (4)
Оба исследователя заказали кристаллы, допированные ураном и самарием. Когда они их получили, то услышали об успехе Меймана с рубином. Они немедленно отказались от идеи использовать полное внутреннее отражение, обработали кристаллы в виде цилиндров с отполированными и посеребренными торцами, и приобрели нужные импульсные лампы. В начале ноября они получили лазерный эффект на кристалле, допированном ураном, а вскоре, и на кристалле, допированном самарием.
После этих успехов они написали статью для Physical Review Letters, Стевенсон, будучи прямолинейным и агрессивным, сказал: Нам не следует посылать статью. Мы должны отправиться в Брукхейвен и сказать Сэму Гоудсмиту (редактору), что мы хотим решения, прежде чем уедем. Сорокин сказал: Мирек, давай не будем так делать. Нет, мы именно так сделаем. �так, они отправились к Гоудсмиту. Он был слегка смущен различием мазеров и лазеров, но сказал, что не хочет еще одной мазерной работы, что он и сделал со статьей Меймана. Но Стевенсон настаивал так упорно, что он в конце концов согласился принять статью для публикации.
На прощание Гоудсмит сказал: Скажите вашим людям в IBM, чтобы они не являлись сюда с автоматами.
�з-за работы по четырехуровневой схеме вместо трехуровневой для рубина, лазер работал с мощностью накачки, которая была в десять раз меньшая, чем требовалась для рубина. Уран имеет сильную полосу поглощения в зелено-синей области. Лазерная генерация получается на длине волны 2,49 мкм, в инфракрасной области. Устройство лазера было подобно устройству лазера на рубине, за исключение некоторого усложнения, обусловленного тем, что кристалл следовало помещать в дьюар для охлаждения до гелиевых температур.