Физические основы работы рубинового лазера

Уширение спектральной линии лазерного перехода сильно зависит от температуры T кристалла (примерно как T); при T = 300 K оно равно 11 см⁻¹ (см. рис. 1б). Такая зависимость, во-первых, указывает на воздействие колебаний решётки кристалла на ионы хрома и на однородный характер уширения. Во-вторых, такая зависимость требует эффективного охлаждения кристалла при работе с большими частотами повторения импульсов и тем более при непрерывной накачке. Неоднородная часть уширения в рубине обычно менее 0,1 см⁻¹, и её разумно принимать во внимание только при низких температурах, когда однородная компонента становится сравнимой с неоднородной.

Ещё одно важное свойство трёхуровневой активной среды — поглощение на частоте самого лазерного излучения в пассивных (не освещённых интенсивным излучением накачки) участках рабочего вещества. Наличие таких пассивных областей из-за неудачной конструкции ухудшает рабочие характеристики рубинового лазера, в первую очередь, снижая энергию и мощность излучения, а также влияет на динамику его излучения (зависимость мощности от времени, характер самопроизвольных пульсаций излучения и т. п.).

Типовой режим работы лазера на рубине — импульсный. Так как время жизни верхнего лазерного уровня порядка миллисекунды, то имеет смысл использовать световые импульсы накачки длительностью от сотен микросекунд до единиц миллисекунд. Для накачки используют линейные импульсные газоразрядные лампы с ксеноном или криптоном (100 Торр), дающие практически белый свет с существенной долей его в сине-зелёной и фиолетовой области спектра, где ионы хрома имеют сильные полосы поглощения.

В рубиновом лазере просто получать различные динамические режимы излучения. Для этого следует ввести в резонатор лазера нелинейный поглотитель. На рабочей частоте рубинового лазера некоторые стандартные окрашенные стекла проявляют зависимость пропускания от плотности потока энергии излучения.