Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, лишь ничтожная часть излучения, отражающегося на торцевых гранях рубинового стержня, будет выходить за пределы, ограниченные диаметром рубинового стержня, при движении внутри него.
В качестве рабочего'вещества в лазерах используются также и газы. В этом случае зеркала можно расположить вне трубки, содержащей газ (правда, это возможно и в случае лазеров на твердом теле). На фиг. 16 изображена типичная схема гааового лазера. Газ заключен в стеклянный баллон специальной формы. Свет входит в него и выходит через тщательно отполированные стеклянные окошки, наклоненные под строго заданным углом к оси стеклянной трубки. Правила, на которых основан выбор этого угла, восходят к работам шотландского физика Дэвида Брюстера. В 1815 г. Брюстер обнд-
Следовательно, с той же точностью
D = LO.
или
Газовые лазеры
81 ружил, что свет, отражающийся от стеклянной поверхности, при определенном угле падения, зависящем от показателя преломления стекла, оказывается полностью поляризованным. Законы электромагнетизма (уравнения Максвелла) полностью объясняют этот эффект. Однако мы не будем входить в детали объяснения и обратимся прямо к конечному результату.
Как и всякое электромагнитное излучение, световые волны имеют электрическую и магнитную составляющие
Зеркало
s Смесь гелия и ' неона
Зеркало
Окошка под углам брюстера
Фиг. 16.
поля, причем векторы напряженности этих полей перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения электромагнитной волны. В обычном некогерентном световом потоке направление вектора напряженности электрического (и, следовательно, магнитного) поля не остается неизменным, а, наоборот, беспорядочно изменяется. Некогерентный свет можно представить как сумму двух волн, у которых векторы напряженности электрического (и магнитного) поля лежат в двух фиксированных взаимно перпендикулярных направлениях, скажем горизонтальном и вертикальном. Поляризованным называют свет, электрическое поле которого все время сохраняет одно направление (скажем, лево-право или верх-низ). Направление поляризации света — это направление вектора электрического поля световой полны 1. Некоге-
1 В оптике исторически сложилось так, что в качестве направления, или плоскости, поляризации было принято направление не электрического, а магнитного поля волны. Однії ко строгого правила здесь нет, да в нем и не ощущается особой необходимости, поскольку оба выбора совершенно равноправны. Плоскостью поляризации теперь обычно называют плоскость, в которой лежат направление распространения плоско-поляризованной волны света и направление векто-
82 рентный свет обычно не поляризован, но мы всегда можем рассматривать его как состоящий из двух поляризованных составляющих — компонент.
Вернемся, однако, к газовому лазеру. Если луч света, электрическое поле которого лежит в плоскости страницы, падает на стеклянное окошко под углом Брюстера, то он не будет отражаться этим окошком и пройдет сквозь него полностью. Окошки устанавливаются под углом Брюстера именно затем, чтобы свести к минимуму потери света на отражения. Напротив, всякая световая волна, электрическое поле которой не параллельно плоскости страницы (см. фиг. 16), будет частично отражаться. Отражение будет испытывать только свет, поляризованный не в плоскости страницы. Брюстер установил, что та часть некогерентного света, электрическое поле которой параллельно поверхности стекла, совсем не отражается. Поэтому в отраженном свете присутствуют только волны, электрическое поле которых лежит в другом выделенном направлении, иначе говоря, отраженный свет оказывается поляризованным.
Располагая окошки лазера, изображенного на фиг. 16, под углом Брюстера, можно добиться того, чтобы волны, имеющие одно направление поляризации, почти совсем не отражались, а волны, имеющие другое направление поляризации, отражались очень сильно. Такая конструкция лазера будет способствовать генерации поляризованного света, напряженность электрического поля которого будет лежать в плоскости страницы. Если в качестве торцевых граней резонатора в лазере использовать расположенные друг против друга плоские зеркала, то некоторая часть излучения, падающего на одно зеркало, отразится.не в направлении другого. Электромагнитное поле между зеркалами станет наибольшим в центре зеркала и будет слабее вблизи его краев. А если при этом величина D2/X будет велика по сравнению с расстоянием между зеркалами, то потери энергии на краях зеркал окажутся очень малыми. Но и этих потерь можно в значительной мере избежать, сделав одно или оба зеркала слегка вогнутыми.
ра напряженности электрического поля. Таким образом, можно говорить о световых волнах, поляризованных в горизонтальной, вертикальной и т. д. плоскостях. — Прим. ред.
83 Здесь мы уже вплотную приближаемся к сложному вопросу о свойствах электромагнитного резонатора, образованного двумя расположенными друг против друга вогнутыми зеркалами. Теоретическое объяснение и понимание этого вопроса является одним из триумфов в практическом применении уравнений Максвелла.
