Лазер

В основе действия лазеров лежит принцип получения стимулированного излучения. Само слово лазер составлено из первых букв определения light amplification by stimulated emission and radiation – усиление света посредством стимулированного излучения).

Изобретением лазера техника обязана радиофизикам начала 40-х годов, работающих над созданием принципиально нового метода генерации электромагнитных волн. Советские радиофизики Александр Прохоров и Николай Басов создали газовый генератор излучения, в котором в качестве источников излучения использовались миллиарды молекул особым образом возбужденного газа, а в качестве активной среды – аммиак.

Первый квантовый генератор мощностью в одну миллиардную ватта был создан в 1954 году. В те же дни в Колумбийском университете группа американского радиофизика Чарльза Таунса создала аналогичный прибор, получивший название «мазер». В 1963 г. Басов, Прохоров и Таунс за свое фундаментальное открытие получили Нобелевскую премию.

Квантовый генератор Басова-Прохорова и мазер Таунса еще не были лазерами — они генерировали радиоволны длиной 1,27 см, а требовалось получить длину электромагнитных волн, в десятки тысяч раз короче. Раньше других достиг требуемой цели американский физик Теодор Мейман, который в 1960 году создал первый лазер. В качестве активного вещества он использовал искусственный рубин.

Конструкция состояла из конденсаторов, стандартных ксеноновых ламп, рубинового стержня и алюминиевой фольги в качестве рефлектора. Конденсатор накапливал и подавал импульсное напряжение порядка 40 тысяч вольт, что вызывало мощную вспышку ламп. Вспышка мгновенно переводила атомы рубина в возбужденное состояние,приэтом испускался луч. Для следующего импульса необходима была новая зарядка конденсатора.

В качестве активного вещества в лазерах кроме рубина могут использоваться другие соединения: фтористый стронций с примесями, фтористый барий с примесями, стекло и т.д. Им может быть и газ.

В том же 1960 году газовый лазер на гелий-неоновой основе создал Али Джаван. Возбужденное состояние газовой смеси достигалось за счет сильного электрического поля и газовых разрядов. Однако как твердотельные, так и газовые лазеры имеют очень низкий КПД. Их выходная энергия не превышает 1% от потребленной. Поэтому очень важным стало изобретение в 1962 году Басовым, Крохиным и Поповым полупроводникового лазера. Его КПД может достигать 40%. В качестве активного вещества использовался арсенид галлия, содержащий примеси n-типа. Из этого материала изготавливались полупроводниковые диоды. Пластинку диода припаивали к молибденовому лепестку, покрытому золотом, чтобы обеспечить электрический контакт с n-областью. На поверхность p-области был нанесен сплав золота с серебром. Торцы диода играли роль резонатора, поэтому они тщательно полировались. Одновременно в процессе полировки их с высокой точностью выставляли параллельно друг другу. Излучение выходило именно из этих сторон диода. Верхняя и нижняя стороны служили контактами, к которым прикладывалось напряжение. На вход прибора подавались импульсы.