1.2.1 Активне середовище.
Як активне середовище застосовується матеріал з певними властивостями. Він повинен мати відповідні рівні для взаємодії з випромінюванням такої довжини хвилі, на якій даний матеріал здатний випускати флуоресцентне випромінювання, тобто на частотах, що
задовольняють рівнянню (6.1). Повний діапазон довжин хвиль, що перекривають лазерами, становить від 0,1 до 1000 мкм. Практично використаються лазери з випромінюванням у діапазоні 0,3-10 мкм. На практиці застосовуються наступні лазери:
на штучному рубіні (Al2O3+Cr3+) з довжиною хвилі λ=0,693
мкм;
на склі з неодимом (λ =1,06 мкм);
на ітрій-алюмінієвому гранаті з неодимом (λ =1,06 мкм);
на CО2 λ=10,6 мкм
гелій-неоновий λ =0,6328 мкм
азотний (λ =0,3371 мкм);
аргоновий, працюючий на декількох довжинах хвиль в голубій й зеленій областях спектра;
на арсеніді галію (λ =0,85...0,9 мкм) і ін.
По своєму агрегатному стані активні середовища можуть бути класифіковані: твердотільні, газові й рідинні. Вид застосовуваного активного середовища визначає конструкцію випромінювальної головки лазера, метод накачування й охолодження активного середовища. Твердотільні активні середовища застосовують у вигляді суцільних або порожніх циліндрів, а також стрижнів прямокутного профілю. До газових лазерів ставиться клас генераторів, у яких як активне середовище використають різні гази, їхні суміші або пари металів. Лазер з рідким активним середовищем (на розчинах неорганічних з'єднань рідкоземельних елементів або органічних барвників) не знайшло поки широкого застосування в техніці. Обсяг газового або рідинного активного середовища формується при заповненні прозорих (непрозорих) ємностей або при прокачуванні середовища через робочий простір випромінювача. Перші називають відпаяними, другі - прокачними системами.
1.2.2. Система накачування активного середовища.
Щоб одержати вимушене випромінювання, необхідно у великій кількості часток ктивного середовища створити інверсну населеність рівнів - "накачати" середовище. Це досягається трьома способами: оптичним накачуванням, електронним збудженням і резонансним
переносом
енергії. Оптичне накачування засноване
на переводі електронів на більш високі
енергетичні рівні при поглинанні світла
від допоміжного джерела. У якості
останнього частіше застосовуються
лампи-спалахи або лампи безперервного
горіння, у яких розрядний електричний
струм формує високотемпературну плазму,
що випромінює електромагнітну енергію
в широкому діапазоні довжин хвиль. Щоб
забезпечити ефективну передачу енергії
спалаху лампи накачування активному
середовищу лазера, лампу й лазерний
стрижень розташовують паралельно один
одному й оточують відбивачем тієї або
іншої конструкції. У сучасних генераторних
головках (рис 6.3) лампу 1 і стрижень 2
розміщають у паралельних отворах у
кварцевих циліндрах 3, зовнішня поверхня
яких має дзеркальне, що відбиває
(наприклад, металеву фольгу) або
інтерференційне покриття, причому
останнє
селективно
відбиває лише ту частину світла, що
відповідає спектру поглинання активного
середовища. Оптичне накачування частіше
застосовується для твердотільних і
рідких активних середовищ. Метод
створення інверсії населеностей прямим
електронним збудженням використовується
в газових активних середовищах. Типовим
Рис. 6.4 Схема Не-Ne-лазера
прикладом такого порушення може служити електричний розряд у газі. Електрони, що випускаються катодом, зіштовхуються з атомами й молекулами газу, і їхня кінетична енергія перетвориться в енергію збудження атомів або молекул. Іонізація розрядного проміжку здійснюється від джерела високої напруги. Метод резонансного переносу енергії застосовується для порушення газових активних середовищ, що містять два або більше компоненти із приблизно однаковими верхніми енергетичними рівнями (наприклад, Не й Ne або N). У процесі зіткнень електрони збуджують один з газів.
2 й CO2
Молекули збудженого газу, зіштовхуючись із молекулами іншого газу, передають йому енергію порушення, тим самим переводячи їх на верхній рівень, що й приводить до інверсії населеності. Так, у Не-Ne-лазері (рис. 6.4) електронами збуджується гелій, і він передає енергію порушення неону.
Існують також газодинамичний і хімічний методи накачування, але вони поки не знайшли широкого застосування.