Ионные лазеры.
Кювета – капилляр (для получения больших плотностей тока при не очень больших его значениях).
В качестве активной среды в газовых лазерах широко используются CO2, N2, CO, H2, HF, HCl, NO2и многие другие молекулы.
Эксимерные лазеры
(лазеры на разлётных молекулах).
Особенностью эксимерных лазеров является генерация в области УФ и видимом участке спектра.
В качестве активной средыв них используютсяквазимолекулыилиэксимерные комплексы атомов, появляющиеся и существующие только в возбужденном состоянии.
Лазерное излучение возникает при переходе эксимерного комплекса из возбужденного состояния (2) в невозбужденное (1), после чего они распадаются на атомы.
Работают эксимерные лазеры на электронно-колебательных переходах таким образом, когда молекула попадает на уровень (1), где нет потенциальной ямы, она распадается на атомы.
Активная среда на разлетных молекулах – среда с постоянно пустующим нижним рабочим уровнем.
К эксимерным молекулам относятся такие молекулы, как:
Ar2*, Xe2*, Kr2*, ArO*, KrO*, XeO*, XeF*и др.
Работают эксимерные лазеры при повышенном давлении (до 10 атм.) для повышения вероятности образования молекул.
Возбуждение производится пучком высокоэнергетических электронов е (сотни кэВ – 1МэВ), электрическим разрядом, быстрым поперечным разрядом и оптическим возбуждением.
Пример реакции, приводящей к образованию молекул:
Xe+ + Xe → Xe2+ + e → Xe2*
Xe* + Xe → Xe2*
Длительность импульса возбуждения – несколько десятков нс.
Газодинамические лазеры
Такими лазерами называются лазеры, инверсия населения в которых создаётся путём быстрого расширения предварительно нагретой газовой смеси.
Источником энергии служат колебательно возбуждаемые молекулы в сильно нагретом газе, а усиление возникает за счёт различия в скоростях процессов релаксации нижнего и верхнего лазерных уровней во время истечения газа через сверхзвуковое сопло. Этот уникальный тип лазера является прямым преобразователем тепловой энергии в энергию когерентного излучения.
Таким образом, инверсия населения в газоразрядном лазере обеспечивается нагревом и быстрым расширением рабочего газа.
N2 : CO2 : H2O
91,3 % 7,5 % 1,2 %
Активные центры – молекулы СО2;tдо 1500ºС.
За соплом вследствие резкого расширения газов и падения температуры распределение атомов по уровням должно релаксировать к новому равновесному состоянию, соответствующему более низкой температуре (около 300ºС).
П
Мощность такого лазера определяется расходом газа.
Предварительное возбуждение (нагрев) может обеспечиваться и химическими реакциями, и электрическим разрядом.
tu– момент появления инверсии.
Zи = tи · Vгаза - расстояние от сопла, где начинается область инверсии.
Vгаза - скорость истечения газа.
Химические лазеры.
Химические лазеры- это лазеры, в которых возбуждение и инверсия населённостей достигается за счёт осуществления химических реакций. Связи перестраиваются таким образом, что компоненты оказываются в возбуждённом состоянии.
Различают 2 вида химических лазеров:
с инициированием химической реакции, когда для обеспечения условий,
необходимых для протекания химической реакции требуется предварительное возбуждение реагентов, вступающих в реакцию (диссоциация, фотодиссоциация, нагревание). Это приводит к необходимости специальных инициирующих устройств;
химическая реакция возникает самопроизвольно при смешивании компонент
(без инициирования). Генерация химических лазеров обусловлена появлением инверсии между колебательно-вращательными или вращательными уровнями двухатомных молекул, образующейся в результате химического взаимодействия.
Пример химического лазера без инициирования химической реакции:
H2 + F = HF* + H F – атомарный фтор.
(D2) (DF*)
F2 + NO → ONF + F- так получают атомарный фтор в результате химической реакции.
HF*- колебательная возбуждённая молекула.
V= 1…..6
λ = (3,5 ÷ 5,0) мкм
Существует большое число химических лазеров (см. литературу).