§12.7 四能级激光器

梅曼发明红宝石激光器后才几个月，用掺三价铀的氟化钙做工作介质的激光器也诞生了。这种激光器是根据四能级系统原理工作的，这个原理在梅曼的论文中已有详尽讨论。它的优点是阈值较低，容易形成振荡。发明者是 IBM 公司的两位年轻科学家，一位叫索洛金(P.Sorokin)， 是布隆姆贝根的研究生，另一位叫史蒂文森(M.J.Stevenson)，是汤斯的研究生。两人获得博士学位后进入IBM 公司从事固体的微波共振研究（IBM 公司的介绍见§14.5）。肖洛和汤斯的论文发表后，他们决心转向光学

① Maimanetal,Phys.Rev.123(1961)，p.1154.

激射器的研制，希望找到一种更理想的固体材料，用普通的灯进行抽运。他们先是想把固体的工作介质做成长方形块，表面抛光。光线在固体块中来回往返，最后从切去的一个角输出。只要介质的折射率稍大于

2，光线就可以经全反射几乎无损耗地在里面多次往返。他们选择氟化钙作为基质材料，因为这种材料的折射率正好符合要求。激活离子则考虑稀土元素，因为这类元素具有 4f 壳层。他们在文献中查找资料，最后从苏联人费阿菲洛夫的论文中找到了两种材料可以掺进氟化钙。一种是与稀土族非常相近的三价铀(U3+)，在 2.5 微米处产生荧光；另一种二价钐(Sm2+)。这两种结构都属于四能级系统，不过要工作在低温状态。他们请两家公司生长了这两种不同的掺杂的晶体，再加工成长方形。正在

这时，梅曼的红宝石激光器宣告成功，他们受到启发，立即将自己的晶体也改为圆柱形，在表面镀银，很快就试验成功了 CaF2∶U3+激光器，接着又做成了 CaF2∶Sm2+激光器。

索洛金和史蒂文森演示的第二台和第三台激光器实用价值不大，但他们利用四能级系统为后来的工作开辟了道路。