Газды лазерлер

Газды лазер - газтәріздес лазерлердің ортақ атауы. Бұндай лазерлердің көптеген түрлері бар. Олар жұмыста өте ыңғайлы, сол себептен олардың көпшілігі коммерциялық.

Газды лазердің параметрлері және олардың түрлері 5.10 суретте.

Лазерлер абзал газдарда мен көмек газдың энергетикалық деңгейлерінің гелиге түрлендіреді. Сурет 5.11 бейнелеген гелийнеондық лазерде, генерация үшін неонның атомының бөлігінің қайратын көбейтеді, газды қоспаны дәрежемен қозғайды. Гелий қоздырушы қоспаға оны жеңілдету үшін қосылған. Атомдар неонның 120 спектрлік сызықтары бар, олар 0,594 мкм спектрдің айқын облысынан, ал 133 мкм инфрақызылға дейін. Коммерциялық лазерлер 0,6328 мкм және шыға берістің қуатты спектрлік сызығын бірден бірнеше ондаған милливатт береді. Олар кең көлемде тараған.

Ион лазерлері жұмыс денесінің қуытын иондаудың деңгейіне дейін түрлендіреді. Ион лазерлері бейтарап газдарда (аргонда, криптонда немесе ксенонда) үздіксіз сәулеленудің көріну диапазонында шығу қуаттылығын көрсетеді.

Сурет 5.10 Сурет 5.11

Газды лазерлердің Гелий-неонды лазері

Параметрлері

Бас коммерциялық лазерлер аргонында екі қуатты сызық - 0,4880 мкм(көк) және 0,5145 мкм(жасыл) болады. Олардың әрқайсысының қуаттылығы – бірнеше ваттқа дейін жетеді. Қоздырғышты қолдану үшін доғаның дәрежесін қолданады, ол тығыздығы көп және шағын кернеуде болу керек. Мынадай лазерлердің КПД жас, шамасы 0,1%, ал қорек көзі үлкен көлемде. Лазер түтігі үлкен разрядты күшті токқа шыдау керек, бұл оның бағасын көбейтеді. Лазерлер иондардың арқасында газдың қоспасының дәрежесінде- гелинің немесе неонның тең металымен жұмыс істейді. Мынадай кадми, цинк, селен, теллур, сынап сияқты метал пайдаланады. Дербес жағдайда, коммерциялық гели-кадми лазерінде спектрлік сызықтар 0,3250 мкм(ультракүлгін) және 0,4416 мкм(жасыл). Молекулалық лазерлер молекуланың айналмалы және тербелмелі энергиясының арқасында жұмыс істейді. Лазер көмірқышқыл газда инфрақызыл облыста - 10,6 және 9,6 мкм сәулелендіреді. Оның КПД жоғары, ондаған пайыз, және шығу қуаттылығы жоғары. Мынадай лазердің түрлі түрөзгертушіліктерін жасайды. Оны қоздыру үшін химиялық реакцияны немесе электр разрядын пайдаланады. Жоғары шығу қуатын алу үшін, газдың тасқыны биік жылдамдықтарды тарқатады, немесе көлденең қоздырады, және электрондық басқаратын разряд шоқшалармен жүзеге асырады. Лазер сәулелену тұншықтырғыш газында 5 мкм сызығында КПД - 40% пайызға жоғары болады. Импульсты лазер азотта сәулеленудің ультракүлгін облысында(0,3371 мкм) қуаттылығы бірнеше жүздеген киловаттқа дейін бірліктердің мегаваттын береді.

Газды лазерлерге эксимерлі лазерлер жатады.

5.6.

Шалаөткізгіштің құрылымы және әрекеттік ұстанымы инжекция монолазері

Шалаөткізгіштің лазерлерінде белсенді элементі кристалл болып табылады, резонаторды және қоздырғышты шалаөткізгіштің кристаллдарының ток инжекциясы арқылы p - n%өткелі, немесе электрон шоқшасы. Сәйкесінше инжекция лазерді және лазерлерді электрондық қоздырғышпен айырады.

Шалаөткізгіштің монолазерлі индуцирондық өткелдері зонада бос емес электрондық күйлердің арасында болып жатады, өткізгіштіктер және вакантты күйлерімен облыстың валентті зонасында p - n%өткелінде. Шалаөткізгіштік лазердің атомды молекулалықтан басты өзгешелігі екі басқа энергетикалық деңгейден тұрады.

Сурет 5.12

Құрылымдық инжекция монолазері

Бірінші инжекция лазерлері галлиның арсенидінен парааллелепипед пішінінен жасалды, диффузиялық планарлы р- n-өткелімен, екі қарама-қарсы перпендикуляр шалаөткізгіштік кристаллдың, 5.12 суретте көрсетілгендегідей. Неғұрлым сыну көрсеткішінің шалаөткізгіштің кристаллының ауа бөлігі жоғары, оның кескін беттері айналар сияқты әрекет етеді, олай болса, сәулеленудің генерациясы және оның күшейюі Фабри-Перо резонаторының ішінде болып жатады. Белгілі бір босаға деңгейінде айналар көлемі ұлгаяды, мод лазерін түрлендіре бастайды. Инжекция лазерінің қосылуында түзу бағытта СИД сияқты, аз мөлшерде ток тартуда сәулелену болады. Спонтанды фотонның көпшілігінің біреулері ғана айнадан өтеді, және белсенді қабаттың жазықтығында өтеді. Токтың ұлғаюына байланысты электронның саны артады және энергетикалық деңгейінде өткізгіштіктің зонасында өседі. Бұл ретте спонтанды фотон электроннің өткелін өткізгіштіктің зонасынан валентті зонаны шақыртады, фотон(СТФ)-қа қайта әрекет ету болып жатқанда.

Сурет 5.13 Сурет 5.14

инжекция лазерінің инжекция лазерінің

Ватт-амперлік мінездемесі Спектрлік мінездемесі

СТФ энергиясы, оның қозғалысының бағыты, спонтанды фотон (СПФ) фазасына дәлме-дәл лайықты параметрлерімен сәйкес келеді. Ақырында, бір фотонның орынына екі фотон пайда болады. Токтың тартұлуы белгілі бір дәрежеге жеткен кезде, яғни бастапқы белгіге бұл процесс лавинді түрде өседі: екі фотон төрт, төрт - он алты туғызады және т.б. Нәтижеде сәулеленудің қуаттылығы артады; ватт-инжекция лазердің ампер мінездемесі сур. 5.13 келтірілген.

Сәулеленудің қуаттылығы айнаның сырт бөлігіне шығарылады. Содан кейін, бастапқы токтың ұлғаюы қоршаған ортаның температурасына тәуелді болады. Температураның ұлғаюына байланысты сәулеленудің толқынның ұзындығында шұғыл өзгереді, 5.13. суретте көрсетілгендегідей.

Енді инжекция лазердің спектрлік мінездемесінің өзгешеліктерін қарастырамыз. Спонтанды сәулелену кезінде токтың аз тартылуы болады, сол себептен спектрлік мінездеме инжекция лазері тәрізді мінездемені қайталайды, мод саны онда шұғыл азаяды және мінездемеде сур. 5.14 көрсетілгендегідей. Осы мінездеменің спектрлік сызығының ені көп, спектрлік сызықтың кіші ені СИД. Сол себептен байланыстың бірмодты талшықтарға сәулеленуі тек қана инжекция лазерін қолданады, себебі бұл ретте хроматикалық дисперсия шұғыл арада ОВ азаяды және байланыстың алшақтығы ауқымданады. Шалаөткізгіштің лазерлері - 0,33 до 31 мкм кең спектрлік диапазонда жұмыс істейді. Үйлесімді параметрлер суыстыққа жетеді. Инжекция лазерлері режимдерде импульстыда үздіксіз жұмыс істейді, ал лазерлер электрондықпен қоздырушыда - импульстыда.

Шалаөткізгіштің лазерінің сәулеленуі ток мөлшеріне байланысты өзгереді, яғни p–n өткелі арқылы. Бастапқы токтың тығыздығы сериялы шығару лазерлері үшін GaAs болып келеді. Нәтижесінде КПД 1% құрайды. Шалаөткізгіштің салқындатылған лазерінің пайдалы әрекетінің еселігі импульсты режимде 50...80% жетеді, алайда кристаллды салқындатуды 77 К және тіпті 4 К белгілі лазердің конструкциясын күрделендіреді және оның қызметінің (бірнеше, кейде ондаған сағат) мерзімін қысқартады. Шалаөткізгіштің лазерлерінде электрондық қоздырғыш арқасында игерушіліктің үлкен, инжекциялық лазерге қарағанда, белсенді заттың бөлігін импульстің қуаттылық арқасында аз көлемде жетуге болады. Мынадай лазерлер негізі суыстықпен жұмыс істейді, айтсада үй температурасымен жұмыс істейтіндері де бар. Олар өздігінен белсенді конструктивті электровакуумды аспап-нысананы бас хладопроводта, ал электрондық басқарма шоқшасымен, нысананы көздеу, электромагнитті және электростатикалық жүйелер өндіріледі. Мынадай лазерлер бас GaAs мен мкм импульстарды 200 кВт қуаттылықпен береді, және 3 нс бөлмелі қызудағы ұзақтылықта КПД 1% ие болады.

Ауыспалы оптикалық жүйелерде азгабаритты шалаөткізгіштік лазерлері қолданысты табады. Кейбір инжекция лазерлерінде ұзындығы 1мм өткелдің қалыңдығы 3...5 мкм, оның шығу қуаттылығының импульсты режимі 10...20 вт жетеді, ал КПД - 50% жетеді. Олар кең диапазонда сәулеленуді тартудың өзгерісімен модулияцияға қояды. Мынадай жеткіліксіз лазерлердің міндеріне үлкен бұрышын апару тиіс, жұмыстың импульсты режимін кең спектрлік түрлендіргіш сәулелендіреді.

5.7.