Типы газовых лазеров.

Эксимерные лазеры. Так называют газовые лазеры, генерирующие на переходах между электронными состояниями эксимерных (разлетных) молекул. К таким молекулам относятся, например молекулы Ar2, Kr2, Xe2 , ArF, KrCl, XeBr и др. Эти молекулы содержат атомы инертных газов.

Заметим, что в эксимерных лазерах реализованы наиболее низкие значения генерируемых длин волн. Так в лазере на молекулах Хе2 наблюдалась генерация на длине волн 0,172 мкм, в лазере на молекулах Kr2 0,147 мкм, в лазере на Ar2 0,126 мкм.

Электроионизационные лазеры. В качестве ионизирующего излучения используют ультрафиолетовое излучение, электронный пучок из ускорителя, пучки заряженных частиц, являющихся продуктами ядерных реакций.

Химические лазеры. Реакции идущие с высвобождением энергии, называют экзоэнергетичсекими. В этих лазерах энергия, высвобождающаяся при химических реакциях, идет на возбуждение активных центров и, в конечном счете, преобразуется в энергию когерентного света.

Приведем пример реакций замещения, которые используются в химических лазерах:

F + H2 -> HF* + H , F + D2 ->DF* + D, H + Cl2 -> Hcl* + Cl,

Cl + HJ - > HCl* + J.

Звездочка указывает на то, что молекула образуется в возбужденном колебательном состоянии.

Принцип работы лазеров.

Пусть имеется цепочка атомов, вытянутых в прямую линию. Если все эти атомы находятся в возбужденном состоянии, то внешний фотон, ударив в крайний атом по направлению вдоль цепочки, вызовет излучение фотона из этого атома, причем излученный фотон будет иметь такую же энергию и такое же направление излучения, что и ударивший фотон. Т.о. будут двигаться вдоль цепочки уже 2 фотона ==> лавинообразная реакция. В результате световой поток усиливается в огр. число раз. Теоретически коэффициент усиления может достигать 1020. Важно, что в результате такого усиления будет двигаться поток фотонов с одинаковой энергией и направлением. В действительности, кроме атомов, находящихся в возбужденном состоянии и способных дать когерентное излучение под действием фотонной бомбардировки, всегда имеются атомы, находящиеся в основном невозбужденном состоянии. Эти атомы поглощают энергию ударивших их фотонов, и тем самым уменьшают энергию выходного когерентного излучения – уменьшают усиление света. Если число возбужденных атомов будет равно числу невозбужденных, то усиление света не получится. Таким образом, для усиления света и получения когерентного излучения, необходимо, чтобы число возбужденных атомов было больше находящихся в невозбужденном состоянии. Т.е. должна быть инверсная заселенность энергетических уровней. Надо переселить в большинстве атомов электроны на более удаленные от ядра орбиты (более высокие уровни энергии). Чтобы усиление света происходило в течение необходимого промежутка времени нужно все это время сохранять инвертированное состояние вещества, т.е. поддерживать большое число возбужденных атомов. Для этого надо к данному веществу подводить тем или иным способом энергию, вызывающую возбуждение атомов (процесс накачки). Квантовый усилитель можно превратить в генератор, если осуществить в нем ПОС, при которой часть энергии излучения с выхода возвращается на вход и снова усиливается.

Основными характеристиками лазера являются:

- диапазон волн и ширина спектра генерируемого излучения;

- энергетические параметры, коэффициент полезного действия при преобразовании электрической энергии источника накачки в энергию оптического излучения;

- угловые расхождения и пространственная когерентность излучения;

- временные характеристики излучения;

- габаритные размеры, масса;

- способ охлаждения;

- напряжение и мощность источника питания;

- возможность установки аппаратуры на подвижных

объектах;

- влияние внешних условий на стабильность параметров.

Лазеры излучают энергию, как правило, в виде тонких пучков, но при этом усложняется система поиска и наведения луча на нужный объект, особенно на больших расстояниях, так как даже небольшое угловое отклонение луча приводит к большим линейным его отклонениям в зоне нахождения объекта.

Известно, что разработаны лазерные устройства, обеспечивающие эффективное обнаружение, подслушивание и регистрацию (перехват) разговоров, ведущихся в помещениях. Дальность действия устройств до 1000 метров. Прослушивание и перехват переговоров ведутся благодаря получению отраженного сигнала

от обычного оконного стекла, представляющего собой своеобразную мембрану, которая колеблется со звуковой частотой, создавая фонограмму происходящего разговора.