Рубиновый лазер

5) желательно, чтобы нижний лазерный уровень был не основным, а первым возбуждённым состоянием, отстоящим от основного по энергии по крайней мере на несколько kT;

6) желательно, чтобы разность энергий вспомогательного и верхнего лазерного уровней была как можно меньше, чтобы был более высоким КПД.

Практически такие свойства имеют только ионы переходных металлов, лантаноидов и актиноидов, т. е. d- и f-элементов. Электронные плотности основного и низших возбуждённых состояний внутренних электронных оболочек достаточно хорошо экранированы наружными оболочками и потому слабее подвержены возмущениям, приводящим к уширению линии люминесценции. Высокие возбуждённые состояния, напротив, экранированы слабо и потому их уширение на порядок сильнее, чем у лазерного перехода. Условия (5) и (6) не обязательные; для рубина, в частности, (5) не выполнено, и он работает по трёхуровневой схеме. Условие (1) также не всегда выполняется, но лазерная генерация получена в четырёхуровневых системах с хорошим квантовым выходом люминесценции (например, в неодимовом стекле).

Рубиновый лазер, как и большинство иных твердотельных лазеров, по своим свойствам далёк от идеального генератора строго монохроматических электромагнитных колебаний оптического диапазона, и пространственная конфигурация его излучения далека от простой структуры наподобие плоской волны. Излучение его обычно нестационарно даже на протяжении микросекунд. При всём этом особенности работы квантовых генераторов оптического диапазона были впервые продемонстрированы, изучены, осознаны именно на примере рубинового лазера. Опыт исследований характеристик и режимов работы рубиновых лазеров, исследования свойств их излучения стал основой современного бурного развития квантовой электроники и квантовой оптики. На этой базе исследования привели к появлению более совершенных, зачастую более близких к идеальным генераторов высококогерентного оптического излучения.

С появлением новых лазеров на основе гранатов рубиновые лазеры утратили своё первенство. Тем не менее, их до сих пор применяют для решения многих технических и научных задач, где требуются мощные источники излучения видимого диапазона. Немаловажно и то, что на установках с рубиновыми лазерами впервые были получены и исследованы разнообразные режимы излучения — хаотические и регулярные пульсации, формирование коротких мощных импульсов, формирование сглаженных импульсов, комбинированные режимы излучения.