Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
рубина при оптическом возбуждении. Этот вывод был проверен в последующих
экспериментах. Кристалл рубина
277
устанавливался между параллельными посеребренными пластинами, образующими
микроволновой резонатор с собственной частотой, равной частоте
расщепления основного состояния в нулевом поле (11,3 ГГц). Кристалл
облучался в течение короткого времени (20 мкс) светом от лампы-вспышки, и
изменение кеэффициента отражения от резонатора прослеживалось при помощи
осциллографа. Было обнаружено, что величина микроволнового магнитного
поглощения резко убывает, а затем возвращается к равновесному значению с
постоянной времени ~5 мс. Мы приписываем этот эффект временному
уменьшению заселенности основного состояния с последующим восстановлением
ее при высвечивании флуоресцирующего уровня".
Следующим шагом было создание инверсной заселенности и получение
индуцированного излучения. Об успехе, достигнутом в этом направлении,
кратко сообщалось в журнале Nature спустя два месяца после публикации
изложенных выше работ, затем несколько полнее- в British Communication
and Electronics, и наконец, подробная информация появилась в следующем
году в The Physical Review в совместной статье P. X. Хоскинса, И. Дж.
д'Эненса, Ч. К. Асавы и В. Евтухова.
(Предваряя ее изложение, заметим, что уровень, обозначенный через 2Е на
рис. 13.3, в действительности является дублетом. Переход с верхнего
уровня дублета дает излучение с длиной волны % - 6929 А, обозначаемое как
линия Ri, а переход с нижнего уровня - излучение с X = 6943 А (линия
/?2). Расстояние между этими уровнями энергии почти в 8 раз превышает
расщепление основного состояния, использованное в первых опытах Меймана.)
Проблема источника излучения для накачки, хотя и оказалась не столь
серьезной, как предполагали Таунс и Шавлов, рассматривая необходимость
использования света строго определенной частоты, все же оставалась
непростой, несмотря на возможность некоторого расширения диапазона
возможных частот, допускаемого шириной полосы lF2 в рубине. Относительно
требуемой интенсивности авторы говорили так: "Мы нашли, что если кристалл
равномерно освещать изотропным излучением, то для возникновения
индуцированного излучения нужен поток света более 555 Вт/см2.
2 78
- Ввиду необходимости использования мощных источников света для получения
индуцированного излучения в рубине и связанной с этим проблемой рассеяния
тепла данные эксперименты проводились с импульсным источником света. В
том случае, когда возбуждающие импульсы света короче, чем -время жизни
флуоресцирующего состояния, лампа-вспышка должна создавать излучение с
удельной энергией порядка 1,67 Дж/см2.
Лата - Вспышка
Рис. 13.4. Устройство для импульсного возбуждения рубина (размеры
примерно 2Х 1 дюйм2) [Phys. Rev., 123 (1961), стр. 1154, рис. 7].
В качестве источника использовалась наполненная ксеноном кварцевая лампа-
вспышка со спектральной эффективностью 0,064. Излучающая площадь
источника составляла примерно 25 см2, так что для создания
индуцированного излучения в рубине требовалось подавать на лампу
электрическую энергию 650 Дж.
Образцы рубина представляли собой цилиндры диаметром около 3/8 дюйма и
длиной 3Д дюйма с плоскими торцами, параллельными с точностью К/3 (Х =
6943А). Эти образцы укреплялись внутри спиральной лампы-вепышки, и все
устройство помещалось в полированный алюминиевый цилиндр [рис. 13.4];
было предусмотрено принудительное воздушное охлаждение. На торцы
рубиновых цилиндров путем испарения наносилась пленка Серебра; с одного
конца пленка была непрозрачной, с
279
другого - полупрозрачной или непрозрачной, но с малым отверстием в
центре.
Блок-схема эксперимента показана на рис. [13.5], Энергия к лампе-вспышке
подавалась при разряде ба-тареи конденсаторов емкостью в 1350 мкФ,
подводимая энергия изменялась путем изменения зарядного напряжения.
Выходное излучение на линии исследовалось
Рис 13 5 Блок-схема экспериментальной установки для наблодения
индуцированного излучения в рубине [Phys. Rev, 123 (19ol), стр. 1154, рис
8]
при помощи фотоумножителя, прокалиброванного при X - 6943 А методом
сравнения с выходным сигналом термобатареи при облучении ее излучением с
близкой длиной волны, в полосе шириной 200 А. Термобатарея калибровалась
при помощи стандартной лампы Национального бюро стандартов. Ослабление
излучения, необходимое для того, чтобы обеспечить линейный выход
фотоумножителя, достигалось использованием калиброванных нейтральных
желатиновых фильтров. Пиковая выходная мощность и структура выходного
импульса изучались путем наблюдения (на экране осциллографа) сигнала,
снимаемого с включенного на выходе фотоумножителя резистора 1000 Ом.
Полное разрешающее время аппаратуры составляло около 0,1 мкс. Полная
энергия выходного импульса определялась интегрированием тока
фотоумножителя слюдяным конденсатором емкостью ОД мкФ.
При возбуждении светом высокой интенсивности
280
было обнаружено, что выходное излучение для различных образцов рубина по
