Газові лазери

Газовими лазерами називаються генератори, у яких активне середовище перебуває у газовій фазі.

Це можуть бути безпосередньо газ, речовина, що перебуває в газоподібному стані за нормальних умов, або пари - речовин, які знаходяться за нормальних умов у твердій фазі.

В газових лазерах у якості робочих можуть використовуватися різноманітні переходи (більш ніж 1000 різних переходів) між

електронними, коливальними та обертальними рівнями енергій нейтральних або іонізованих атомів і молекул.

Це надає можливість генерації у спектральному діапазоні від УФ до субмм (приблизно від 0,1мкм до 1мм)

Газові лазери

Газ, як активне середовище володіє високим ступенем оптичної однорідності, тому в газових ОКГ можна одержати найменший кут розходження пучка. Спрямованість випромінювання газових лазерів досягає межі, обумовленого дифракцією світла.

Розходження світлового променя газових ОКГ:

•у видимому діапазоні приблизно 10-5–10-4 рад;

• в ІЧ-діапазоні приблизно 10-4–10-3 рад.

Діаграма спрямованості випромінювання визначається властивостями резонатора. Випромінювання газових лазерів є найбільш якісним по параметрам, в порівнянні з іншими типами лазерів.

Газові лазери

У газових середовищах взаємодія між частками середовища мінімальна, тому лінії випромінювання й поглинання найбільш вузькі (10-3 -10-2 А) і дуже легко реалізувати одномодовий режим генерації.

Ширина лінії генерації газового ОКГ мінімальна серед усіх видів лазерів, вона досягає 1 ГГц.

Однак, за виключенням газових ОКГ високого тиску, це приводить до неможливості отримання наднетривалих імпульсів світла та змінювати діапазон їх роботи.

Газові лазери

Більшість газових лазерів працюють у безперервному і в імпульсному режимах та дозволяють одержувати більші вихідні потужності при високій спрямованості випромінювання й стабільності його частоти. Завдяки малій щільності газу ширина спектра лінії обумовлена головним чином доплерівским розширенням, величина якого мала. Це, а також застосування ряду методів, що використовують властивість доплерівского розширення лінії, дозволяє досягти високої стабільності частоти.

Мала щільність газу перешкоджає одержанню такої високої щільності збуджених часток, яка характерна для твердих тіл і рідин. Тому енергетичний вихід у газових лазерів нижчий, ніж у твердотільних лазерів і рідинних лазерів. Однак перехід до більш високих тисків і створення швидкопоточних газових лазерів різко збільшили їхню потужність.

Газові лазери

Специфіка газів проявляється в різноманітності типів часток, рівні яких використовуються для генерації (нейтральні атоми, іони, стійкі та нестійкі молекули і т.п.). Тому процеси, використовувані для створення інверсної населеності, у газових лазерах досить різноманітні.

По традиційним методам накачки газові ОКГ можна розділити

на:

газорозрядні; повздовжні; газодинамічні; поперечні. хімічні.

Оптична накачка в них може бути реалізована, але із-зі вузьких спектрів поглинання газу вона є неефективною.

Газові лазери

Найбільш широке розповсюдження отримали газорозрядні лазери, які в свою чергу можна розділити на три групи:

атомарні;

іонні; молекулярні: на стійких та нестійких (ексімерних) молекулах.

Газовий розряд створюється, як правило, безпосередньо в активному середовищі, хоча є схеми в яких може збуджуватися тільки допоміжний газ з подальшою передачею енергії робочому газу. Використовують самостійні та несамостійні, імпульсні та стаціонарні,

дугові, тліючі, високочастотні розряди та розряди у постійному струмі.

Газові лазери

Активний елемент газового ОКГ являє собою скляну або кварцову трубку (кювету), діаметр якої коливається в різних генераторах від 1 мм до декількох сантиметрів, а довжина від декількох сантиметрів до декількох метрів. По кінцях трубки розташовуються металеві електроди, причому катод робиться іноді з підігрівом для посилення емісії. При використанні високочастотного розряду електроди, виконані у вигляді металевих пасків, одягаються на трубку. Газорозрядна трубка створює розряд у суміші газів.

Газові лазери на нейтральних атомах

Лазери на нейтральних атомах відносять до типу гелій- неонових ОКГ.

Як правило, працюють у одномодовому та багатомодовому безперервному режимі роботи з випромінюванням у червоній області спектра.

Потужності випромінювання від 15 мВт до 10 Вт з поляризованим та неполяризованим випромінюванням.

Лазерна генерація досягнута на багатьох нейтральних інертних атомах (He, Ne, Kr, Ar, Xe) та на парах металів (Pb, Cu, Au, Ca, Sr, Mn), які перекривають діапазон від 1мкм до 10 мкм .

Газові лазери на нейтральних атомах

Атомарні лазери застосовуються у технологічних і лабораторних установках як джерело когерентного монохроматичного випромінювання :

у контрольно-вимірювальній техніці;

гетеродинних системах;

поліграфії;

голографії;

медичній техніці;

системах зв'язку;

локації та в інш.

Газові лазери на нейтральних атомах

Конструктивно більшість атомарних лазерів є простими і зручними в експлуатації.

До складу лазерів входять:випромінювач;високовольтне джерело живлення.

В основу конструкції випромінювача лазера закладений коаксіальний активний елемент із холодним катодом.

Термостійкі дзеркала в активному елементі установлені методом твердого запаювання. Все це забезпечує високу надійність, довговічність і стабільні вихідні параметри лазера в цілому.