Номер 4, страница 150 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Перечислите основные части рубинового лазера.

Решение:

Рубиновый лазер — это исторически первый тип лазера, созданный Теодором Майманом в 1960 году. Он является твердотельным лазером, работающим в импульсном режиме. Его работа основана на взаимодействии нескольких ключевых компонентов.

1. Активная среда
Это основной элемент, в котором происходит генерация лазерного излучения. В рубиновом лазере в качестве активной среды используется монокристалл синтетического рубина. Рубин — это оксид алюминия ($Al_2O_3$) с небольшой примесью ионов хрома ($Cr^{3+}$), которые и являются активными центрами. Кристалл обычно имеет форму цилиндрического стержня с тщательно отполированными торцами.

2. Источник накачки
Для того чтобы лазер начал излучать, необходимо перевести атомы (ионы хрома) активной среды в возбужденное состояние. Этот процесс называется накачкой. В рубиновом лазере для этой цели используется мощная импульсная ксеноновая лампа-вспышка. Обычно она имеет форму спирали и располагается вокруг рубинового стержня. Мощная вспышка света от лампы передает энергию ионам хрома, создавая инверсную населенность энергетических уровней — необходимое условие для генерации лазерного излучения.

3. Оптический резонатор
Оптический резонатор служит для усиления света за счет его многократного прохождения через активную среду. Он представляет собой систему из двух зеркал, расположенных на торцах рубинового стержня строго параллельно друг другу.

• Одно зеркало — глухое (полностью отражающее), его коэффициент отражения близок к 100%.
• Второе зеркало — полупрозрачное (выходное), оно отражает большую часть света обратно в резонатор для дальнейшего усиления, но пропускает наружу небольшую его долю (например, 1-10%), которая и является выходным лазерным лучом.

4. Система охлаждения
Лампа накачки выделяет большое количество тепла, что приводит к сильному нагреву рубинового стержня. Перегрев снижает эффективность лазера и может привести к его повреждению. Поэтому для отвода избыточного тепла используется система охлаждения, как правило, водяная или воздушная.

Ответ: Основными частями рубинового лазера являются: активная среда (кристалл рубина с ионами хрома), источник накачки (импульсная лампа-вспышка), оптический резонатор (система из двух зеркал) и система охлаждения.