Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 17.9 изображена схема устройства рубинового лазера. Основная часть лазера — рубиновый стержень длиной несколько сантиметров и диаметром 1—2 см. Как показано на рис. 17.9, рубиновый стержень окружает в виде спирали газоразрядная импульсная лампа. Возможно и другое расположение, лампы рядом со стержнем. В этом случае лампа и рубиновый стержень помещаются внутри отражающего кожуха так, чтобы стержень интенсивно облучался со всех сторон. С одного торца
176
17. Люминесценция
импульсная лампа
О О О О
/// ' .¦'?¦кристалл рубина' .
/ , .....г:
зеркало
пере - : ключа-;
луч
лазера
ООО
Рис. 17.9. Схема устройства рубинового лазера.
стержня устанавливается зеркало для отражения импульса испускаемого света обратно в сторону рубинового стержня. С другого конца стержня ставят специальное устройство — так называемый ф-переключатель, который может либо выпускать луч лазера из системы, либо отражать его обратно для нового цикла. ^-Переключатель обычно представляет собой- вращающееся зеркало, которое в строго определенное время выпускает лазерный луч из системы. Такая конструкция позволяет добиться излучения оптимальной интенсивности, так как импульс испускаемого света, прошедший после отражения в зеркале вперед и назад, вдоль стержня, увеличивает интенсивность излучения.
20
10
поглощение 8800 А
9/2
лазерное излучение 10 600 А
11/2
Рис. 17.10. Энергетические уровни иона Ш3+ в неодимовых лазерах.
Упражнения
177
Это связано с тем, что лазерный луч стимулирует испускание' новыми активными центрами, причем стимулированное излучение когерентно начальному импульсу света.
17.2.2. Неодимовые лазеры
В качестве основы люминофоров, используемых в неодимо-вых лазерах, служит либо стекло, либо алюмо-иттриевый гранат Y3Al50i2 (свойства алюмо-иттриевого и других гранатов обсуждались в разд. 16.3.4). Активными центрами в этих материалах являются ионы Nd3+. На рис. 17.10 показано положение энергетических уровней и схема энергетических переходов, реализующихся при работе иеодимовых лазеров. Возбуждающее облучение люминофора проводят с помощью мощной лампы. При поглощении энергии возможны переходы на несколько-энергетических уровней (на рисунке изображен переход лишь в одно возбужденное состояние). Далее следует безызлучатель-ыый переход на возбужденный уровень AFa/2, с которого осуществляется переход в состояние 4/ц/2. Последний переход сопровождается лазерным излучением с длиной волны 10 600 А (для неодимового стекла) или 10 640 A (для Y3AI5O12: Nd3'b), Время пребывания в состоянии 4F:i/2 достаточно велико-(~ 10~4 с) и зависит от концентрации ионов Nd3+. Это позволяет возникать состоянию инверсной заселенности. На основе материалов, содержащих ионы Nd3+ в качестве активаторов, созданы лазеры высокой мощности.
Упражнения
17.1. Какие общие требования предъявляются к твердым материалам,, используемым в лазерах?
17.2. Аитистоксовские люминофоры испускают свет меньшей длины волны, чем длина волны возбуждающего излучения. Объясните, почему не нарушается при этом закон сохранения энергии.
Литература
1. Burrus И. L., Lamp Phosphors, Mills and Boon, 1972.
2. Deluca J. A., An introduction to luminescence in inorganic solids, J. Chem. Ed., 57, 541 (1980).
3. Evans T. R., Applications of Lasers to Chemical Problems, Wiley, 1982.
4. Malman T. #., Stimulated optical radiation in ruby, Nature, 187, 493 (I960).
5. Moore С. В., Chemical and Biochemical Applications of Lasers; Academic Press, 1974. ¦
6. Newnham R. E., Structure—¦ Property Relations Springer-Verlag, 1975.
Дополнительная литература. Башкин А. С, Игошин В. И., Ораевский А. Н.,. Щеглов В. А. Химические лазеры./Под ред. Басова Н. Г.—М.: Наука, 1982; Казанкин О. И., Марковский Л. Д., Миронов И. А. и др. Неорганические люминофоры. — Л.: Химия, 1975; Левишн В. Л., Левшин Л. В. Люминесценция: и ее применение. — М.: Наука, 1972.
12—1426
Глава 18 СТЕКЛО
Стекло — один из самых древних синтетических материалов, используемых человечеством. Сведения о стекле накапливались в течение многих веков, но научный подход к исследованию стекла зародился лишь в начале XIX в. благодаря работам Фарадея и его современников. К настоящему времени исследованием стекол занимается самостоятельное научное направление, которое быстро развивается благодаря привлечению самых современных методов изучения структуры и свойств стекол. Исследование стекол имеет и отчетливые практические приложения, поскольку постоянно создаются новые стеклообразные материалы со специальными характеристиками. Известно два основных определения стекла. В одном определении акцептируется внимание на наиболее распространенном способе получения стекла. Этот способ заключается в охлаждении расплава без его закристаллизовывания до того момента, пока за счет резкого повышения вязкости не возникает упругое твердое тело. Согласно второму определению, первостепенное значение имеет структура стекла: стекло — это аморфное твердое тело, в котором отсутствует дальний порядок и периодичность в расположении атомов. По-видимому, ни то ни другое определение нельзя считать идеальным. Ведь в настоящее время помимо охлаждения расплавов известны и другие методы получения стекол, например высушивание гелей или осаждение из паровой фазы. Известно, что аморфный твердый материал, аналогичный по свойствам кварцевому стеклу, можно приготовить путем гидролиза тетраметилортосиликата 51(ОСН3)4 и последующего нагревания желеобразного продукта до ~550°С. В связи с этим вполне правомочны и такие вопросы: любое ли аморфное твердое тело можно считать стеклом или относится ли стекло просто к одному из типов некристаллических твердых тел.
