Газові лазери на нейтральних атомах
Гелій-неоновий лазер
Лазери можуть використовуватися у контрольно-вимірювальній техніці, гетеродинних системах, поліграфії, голографії, медичній техніці та в інших других технологічних і лабораторних установках у якості джерел когерентного монохроматичного випромінювання. Лазери є простими по конструкції і зручні в експлуатації.
До складу лазерів входить випромінювач і високовольтне джерело живлення. В основу конструкції випромінювача лазера закладений коаксіальний активний елемент з холодним катодом. Термостійкі дзеркала в активному елементі установлені методом твердої запайки. Все це забезпечує високу надійність, довговічність і стабільні вихідні параметри лазера в цілому.
Газові лазери на нейтральних атомах
Металеві атомарні газові лазери
Також до ОКГ на нейтральних атомах відносять клас лазерів на парах металів (Pb, Cu, Au, Ca, Sr, Mn).
Широке розповсюдження серед них отримав лазер на парах міді та золота за здатність генерувати випромінювання в зеленій області спектру (0,51 мкм), яка відповідає максимальній чутливості фотоприймачів та прозорості морської води.
Газові лазери на нейтральних атомах
Металеві атомарні газові лазери
Так як і гелій-неоновий лазер, він працює за трирівневою схемою другого роду. Вони володіють більш високими ККД (декілька відсотків) і більшими вихідними потужностями (десятки Вт), працюють переважно в імпульсному режимі. Також загальною рисою цих ОКГ є пристрої підігріву для переведення металів в пару її та високі робочі температури (від 500 С до 1500 С).
Іонні газові лазери |
Газові лазери |
В іонних лазерах робочі |
переходи відбуваються між |
енергетичними станами одно-, а іноді і двічі-іонізованими атомів. Для підтримання високої концентрації іонів щільності струмів розряду має бути набагато більшою за щільності в нейтрально-атомарних лазерах. Тому накачка переважно відбувається за допомогою дугового
розряду, у тонких каналах – капілярах.
Завдяки більш широкій шкалі енергетичних рівнів лазери ефективно працюють у діапазоні від короткохвильової області видимого
світла до УФ.
Рис. Загальна конструктивна схема іонного аргонового лазера: 1 -- резонатори; 2 -- вихідні торці кювети; 3 -- розрядна трубка з торцевими електродами; 4 -- обвідна трубка; 5 -- фокусуюча магнітна система.
Газові лазери
Іонні газові лазери
Так як і розглянуті вище лазери, їх можна розділити на дві категорії:
1)іонні газові лазери, що використовують більшість інертних газів, серед яких характерним прикладом Ar+- лазер;
2) іонні газові лазери на парах різних металів, серед яких виділяється He-Cd-лазер.
|
Газові лазери |
Аргоновий лазер |
Іонні газові лазери |
|
Аргоновий лазер
Газові лазери
Іонні газові лазери
Рис. Спрощена схема енергетичних рівнів іону Ar+
Основний стан іона Ar+ з’являється шляхом видалення одного із шести 3p - електронів зовнішньої оболонки аргону. Збуджені стани 4s і 4p виникають, коли один з електронів, що залишилися на 3p5 оболонці переходять на 4s і 4p рівні. З урахуванням взаємодії з іншими 3p електронами обоє рівня 4s і 4p, позначені як прості рівні, насправді складаються з декількох рівнів (відповідно 9 і 2).
Аргоновий лазер |
Іонні газові лазери |
Газові лазери |
Збудження верхнього лазерного 4p рівня відбувається за два етапи, що являють собою зіткнення з двома різними електронами.
При першому зіткненні аргон іонізується, тобто переходить в основний стан іона Ar+.
Іон, що перебуває в основному стані, випробовує друге зіткнення з електроном, яке може привести до одного з трьох процесів:
1) Ar+ безпосередньо збуджується на 4p рівень (процес а на
рис.);
2)збудження Ar+ на більш високо розташовані стани з наступними каскадними переходами на рівень 4p (процес b на рис.);
3)збудження Ar+ на метастабільні рівні з наступним третім зіткненням з електроном, що приводить до збудження на 4p рівень (процес с на рис.).
Аргоновий лазер
Газові лазери
Іонні газові лазери
Промисловістю виготовляються аргонові лазери з водним охолодженням і потужністю 1-20 Вт, що генерують на синьому й зеленому переходах одночасно, або тільки на одній лінії (з використанням дисперсійного резонатора). Також випускаються малопотужні (< 1 Вт) аргонові лазери з повітряним охолодженням. Однак ККД лазера дуже малим (< 10-1%) із-за малої квантової ефективності (~7,5%) і із-за того, що збудження електронним ударом відбувається на безлічі рівнів, які не пов’язані з верхнім лазерним рівнем.
Аргонові лазери широко використовуються для накачки безперервних лазерів на барвниках, для безлічі наукових застосувань, у лазерних принтерах, для підводного оптичного зв’язку та локації, у лазерній хірургії й у технічному оснащенні розважальних програм.
Молекулярні лазери |
Газові лазери |
Молекулярні лазери використовують переходи між енергетичними рівнями молекули, які є більш різноманітними ніж у атомів та іонів.
В молекулі разом із рухом електронів відносно ядер атомів, що утворюють молекулу, відбувається рух самих ядер біля їх рівноважного положення та обертального руху молекули вцілому.
Як відомо, кожен обмежений рух у мікросвіті квантується, що і призводить до виникнення відповідних рівнів енергій за рахунок розщеплення стаціонарних станів атомів при малому збуренні.
Таким чином, трьом типам руху молекули - електронному, коливальному та обертальному відповідають три типи квантових станів та рівнів енергії. А повна енергія молекули Emol має значення, що відповідає електронно-коливально-обертальному стану.