Принцип работы газового лазера

ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР (ОКГ) или ЛАЗЕР включает в себя три основные части:

1. Активную среду,

2. Оптический резонатор.

3. Систему накачки.

1. АКТИВНАЯ СРЕДА. Основным элементом газового лазера является раз­рядная трубка, в которой находится смесь гелия и неона. Рабочим веществом, дающим видимое излучения лазера, является неон, но необходимое для этого воз­буждение атомов неона осуществляется атомами гелия. А именно, в электрическом разряде ударами электронов непосредственно возбуждаются атомы гелия. Послед­ние сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состоянии, и пере­дают им свою энергию. В результате атомы неона переходят на уровень 3s (см. рис. I).

, Этот уровень метастабильный, т.е.

атомы на нем находятся достаточно долго.

Поэтому в среде происходит накопление

2р атомов неона в состоянии 3s - в трубке

создаётся АКТИВНАЯ СРЕДА.

Спонтанное (самопроизвольное) из­ лучение отдельных атомов неона при пе­ реходе с уровня 3s па уровень 2р приводит к распространению в активной среде фото- Рис. I нов с энергией hv.

Эти фотоны вызывают вынужденное излучение другими атомами неона таких же фотонов, которые, в свою очередь, вызывают вынужденное излучение и т.д. В результате образуются каскад фотонов.

5

При этом фотоны, возникающие при вынужденном излучении, летят в том же на­правлении, что и падающие фотоны.

2. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР. Массовое нарастание вышеуказанного про­ цесса обеспечивается тем, что разрядная трубка помещена в зеркальный резона­ тор - систему из двух зеркал, расположенных у торцов трубки под углом Брюстера. Многократное прохождение излучения вдоль оси трубки приводит к формирова­ нию мощного потока индуцированного направленного когерентного излучения ла­ зера. Фотоны же, испущенные под углом к оси трубки, выходят через её боковую поверхность, не участвуя в формировании лазерного пучка.

Зеркальный резонатор играет важную роль при формировании лазерного пучка. Он обеспечивает большую плотность потока излучения, высокую степень монохроматичности и исключительную направленность пучка. Оба зеркала с мно­гослойными диэлектрическими покрытиями обладают малым коэффициентом про­пускания: одно около 0,1%, другое около 3%. Тем не менее, эти значения коэффи­циентов пропускания достаточны для выхода из мощного потока излучения.

3. СИСТЕМА НАКАЧКИ. Для того чтобы поддерживать в активной среде состояние усиления света, необходимо непрерывно переводить атомы в возбуж­ денные, метастабильные состояния, что производится системой накачки из внеш­ него источника.

Наиболее распространенным методом получения инверсной заселённости в газовых системах является метод электрического удара. Соответственно этому ме­тоду система накачки ОКГ служит для возбуждения В трубке электрического заря­да. Применяется либо высокочастотный разряд, либо разряд с внутренними элек­тродами. Наряду с методом электронного удара довольно часто используются так­же оптическая накачка- возбуждение облучением.