Физические основы работы рубинового лазера

Систему уровней энергии ионов Cr³⁺, показанную на рис. 1а, приближённо описывает простая трёхуровневая схема. Излучение накачки поглощается на переходах ⁴A₂ – ⁴F_1,2 (сине-зелёная и фиолетовая полосы поглощения). Время жизни ⁴F-состояний мало (10⁻⁷ … 10⁻⁸ с); его определяют безызлучательные переходы в метастабильное состояние ²E, расщеплённое на два близких (29 см ⁻¹) подуровня, 2A и Е. Их заселённости при комнатной температуре практически одинаковы (kT ≈ 200 см ⁻¹). Переходы из этих долгоживущих состояний (3 мс) в основное и способны дать лазерную генерацию на линиях R₁ (693,4 нм) и R₂ (692,9 нм). Указанные длины волн лазерных переходов относятся к комнатной температуре; при понижении температуры кристалла они уменьшаются под влиянием решётки.

а)	б)

Рис. 1. Систему уровней энергии ионов Cr ³⁺ (а) и зависимость уширения спектральной линии лазерного перехода от температуры (б)