12 Режимы работы лазеров
Можно выделить три основных режима работы лазеров:
1)режим непрерывного генерирования лазерного излучения (непрерывного генерирования лазерного излучения (непрерывный режим); лазеры, работающие в непрерывном режиме, называются непрерывными;
2)режим импульсного генерирования лазерного излучения (импульсный режим) и соответственно имп. лазеры;
3)режим импульсно-периодического лазерного излучения - импульсно-периодические лазеры.
В непрерывном режиме работы лазера мощность лазерного излучения на частоте генерирования не обращается в нуль при заданном интервале времени, значительно превышающем период колебаний, т.е. такие лазеры дают непрерывное излучение в течение длительного времени.
Импульсный режим характеризуется излучением энергии в виде импульсов. В таком импульсном лазере излучение длится очень недолго, ничтожные доли секунды ,и даже при небольшой излучаемой энергии процесс оказывается сильно сжатый, сконцентрированным во времени ,и мощность импульса получается огромной, современные мощные импульсные лазеры ( в основном твердотельные) дают импульсы длительностью до 0,01 нс (при энергии импульса 1 Дж их мощность достигает 100 млн. КВТ)
В импульсно-периодическом режиме излучение формируется в виде периодических серий и импульсов- импульсных пакетов.
13 Основные типы лазеров
Жидкостные лазеры
Твердотельные лазеры
Полупроводниковые лазеры
Газовые лазеры:
Фотодиссоционный лазер
Газоразрядные лазеры:
в ионных лазерах
лазеры на атомных
молекулярные лазеры
лазер на диоксиде
эксимерные лазеры
Электроионизационные
химические лазеры
плазменный лазер
14 Газовые лазеры
Газовые лазеры. Существует много разновидностей.
Фотодиссоционный лазер. В нем применяется газ, молекулы которого под влиянием оптической накачки диссоциируют (распадаются) на две части, одна из которых оказывается в возбужденном состоянии и используется для лазерного излучения.
Газоразрядные лазеры. В них активной среды является разряженный газ (давление 1-10 мм.рт.ст.), а накачка осуществляется электрическим разрядом, который м.б. тлеющим или дуговым и создается постоянным током или переменным током высокой частоты (10-50МГц). Имеется несколько типов газоразрядных лазеров:
в ионных лазерах излучение получается за счет переходов электронов между энергетическими уровнями ионов. Примером служит аргоновый лазер, в котором используется дуговой разряд постоянного тока.
лазеры на атомных переходах генерируют за счет переходов электронов между энергетическими уровнями атомов. Эти лазеры дают излучение с длиной волны 0,4-100 мкм. Пример – гелий-неоновый лазер, работающий на смеси гелия и неона под давлением около 1мм.рт.ст. Для накачки служит тлеющий заряд, создаваемый постоянным напряжением примерно 1000 В.
молекулярные лазеры, в которых излучение возникает от перехода электронов между энергетическими уровнями молекул. Эти лазеры имеют широкий диапазон частот, соответствующий длинам волн от 0,2 до 50 мкм.
лазер на диоксиде углерода (СО2 – лазер). Он может давать в непрерывном режиме мощность до 10 кВт и имеет довольно высокий к.п.д. – около 40%. К основному углекислому газу обычно еще добавляют примеси азота, гелия и другие газы. Для накачки применяют тлеющий разряд постоянного тока или высокочастотный. Такой лазер создает излучение с длиной волны около 10 мкм. Разновидность СО2 – лазеров – газодинамические. В них инверсия населенности, необходимая для лазерного излучения, достигается за счет того, что газ, предварительно нагретый до 1500 К при давлении 20-30 атм., поступает в рабочую камеру, где он расширяется, а его температура и давление резко снижаются. Такие лазеры могут дать непрерывное излучение мощностью до 100 кВт.
эксимерные лазеры, у которых рабочее средой является инертный газ либо его соединение с Cl (хлором) или F (фтором). В таких лазерах накачка осуществляется не электрическим разрядом, а потоком так называемых быстрых электронов (с энергией в сотни кэВ). Излучаемая волна получается наиболее короткой, например у лазера на Ar 0,126 мкм.
Электроионизационные или лазеры на сжатом газе. Если повысить давление газа и применить накачку с помощью ионизирующего излучения в сочетании с внешним электрическим полем (рис.3), то можно получить большие мощности излучения. Ионизирующим излучением служит поток быстрых электронов либо ультрафиолетовое излучение.
Рис.3. Электроионизационная накачка
химические лазеры. Молекулы газа возбуждаются за счет некоторых химически активных газов (F, Cl, H, HCl и другие). Химические реакции в таких лазерах должна протекать очень быстро. Для ускорения применяются специальные химические реагенты, которые получаются при диссоциации молекул газа под действием оптического излучения, или электрического разряда, или электронного пучка. Примером может служить лазер на смеси F, H и CO2.
плазменный лазер – особый тип газового лазера. В нем активной средой служит высокоионизированная плазма паров щелочноземельных металлов (Mg, барий, стронций, Са). Для ионизации применяют импульсы тока силой до 300 А при напряжении до 20 кВ. Длительность импульсов 0,1-1 мкс. Излучение такого лазера имеет длину волны 0,41-0,43 мкм, но может также быть в ультрафиолетовой области.