紅寶石雷射器結構及工作原理解析

2020-11-28 OFweek維科網

　　圖2-13示出了紅寶石晶體的螢光光譜。它是用連續發光的碘鎢燈發出的光，經透鏡聚焦後照射到紅寶石上，紅寶石則發出螢光，再用攝譜儀攝譜得到的，可以看到螢光是由兩條螢光譜線組成的，譜線的中心位置恰好與R銳線系的吸收線一致，因此也把它們稱作R螢光譜線，譜線的寬度約為7A，螢光譜線R1的強度比R2的大，這說R1線的自發輻射躍遷機率要比R2的大，除此而外，沒有出現其他的螢光譜線。

　　紅寶石的螢光光譜實驗證明，碘鎢燈發出的可見連續光照射紅寶石時，其中一部分可見光（紫光和綠光）被紅寶石中的鉻離子吸收。鉻離子吸收了合適的能量後，就從基態4A2躍遷到激發態4F1和4F2上，處於該兩能態的鉻離子是不穩定的。由於晶體內部熱運動的擾動，很快地向能級2E躍遷（無輻射），躍遷的馳予時間為10-6秒。最後，當鉻離子從2E回到基態4A2時，則發出R螢光譜線。實驗測得，當用3600A至6100A波段的可見光激發螢光時，紅寶石的這兩條螢光譜線的螢光量子效率比較高。即被激發到4F1和4F2態的鉻離子，其相當大的一部分是通過躍遷到2E態這一中間過程，而最後回到基態4A2。實驗還表明，室溫下R螢光譜線的壽命比較大，約3毫秒。這反映了能級2E是一亞穩態。

　　從上面所述的紅寶石的能譜特性可知，鉻離子在外激勵源的作用下，在2E態和基態4A2間可能造成粒子數的反轉分布，使受激發射的產生成為可能，因此紅寶石被選為受激發射光的材料。從紅寶石產生雷射作用的有關能級看，其鉻離子的能級圖2-11可簡化為三能級系統的模型，如圖2-3所示，能級E1相當於圖2-11中的4A2。雷射躍遷發生於E2和E1之間，E3是泵浦能級，前面對三能級系統分析的結果對紅寶石雷射器是完全滿足的。

　　計算表明，要實現雷射振蕩，紅寶石棒上每平方釐米的光照功率至少要1200瓦。這樣高的光照功率，使用一般的照明光源是達不到的，脈衝氙燈是可用的合適激勵光源。

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