Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Саровский физико-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

Физико-технический факультет

Кафедра ядерной и радиационной физики

Реферат на тему:

Углекислотные лазеры высокого и низкого давления

Реферат:

студента группы ЯРФ34Д

Э.Н. Братишка

Преподаватель:

М. Г. Васин

Саров-2017

Оглавление

1. История создания лазера 3

2.Газовые лазеры 4

2.1.Молекулярные лазеры. 5

3. Физика СО₂-лазеров. 6

4. Схема газоразрядных СО₂-лазеров. 10

4.1. Проблемы и недостатки газоразрядных СО₂-лазеров. 11

5. Электроионизационный метод накачки СО₂-лазера высокого давления. 12

17

Вывод. 18

Список литературы. 19

1. История создания лазера

Первые предпосылки к созданию лазеры были еще в 1916 году, когда Альберт Эйнштейн впервые ввел представление о вынужденном (индуцированном) испускании и поглощении излучения и предсказал его когерентность вынуждающему излучению. Позже, в 1927 году, предположение Эйнштейна строго обосновал Дирак при создании им квантовой теории излучения.

Первая попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была предпринята в 1928 Рудольфом Ладенбургом и Гансом Копферманом. Изучая дисперсию света в электрически возбужденных газах, они показали возможность обнаружения индуцированного излучения, как преобладание его над поглощением, отметив, что для этого необходимо специальное избирательное возбуждение квантовой системы.

После долгих изучений этого явления всем научным сообществом, в 1950 году был предложен метод оптической накачки для создания инверсной населенности в среде Альфредом Кастлером. В 1952 году он вместе со своими коллегами Бросселем и Винтером реализовали этод метод на практике. Таким образом до создания квантового генератора остался всего один шаг, нужно было поместить систему в резонатор.

В 1954 году был сделан первый микроволновый генератор или мазер. В мазере роль активной среды играл аммиак, который находился в объемном резонаторе, размеры которого были порядка 12,6 мм. По расчетам, для того чтобы создать излучение в видимом диапазоне, необходимо было сделать резонатор размеры которого должны быть порядка микрона. Из-за технологических трудностей считалось, что создания такого генераторы невозможно.

1960 год: 16 мая Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора — лазера. В качестве активной среды использовался кристалл искусственного рубина (оксид алюминия Al₂O₃ с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объёмного резонатора служил резонатор Фабри-Перо, образованный серебряными зеркальными покрытиями, нанесёнными на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны 694,3 нм. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме А. Джаваном, У. Беннетом, Д. Хэрриотом. Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, но в 1962 году был модифицирован для излучения видимого красного света с длиной волны 632,8 нм. И это был первый газовый лазер.

Чуть позже, в 1964 году, был изобретен углекислотный лазер Кумаром Пателем. В его работе КПД лазера достигало порядка 10%, что даже по нынешнем меркам достаточно много.

2.Газовые лазеры

К газовым − относятся лазеры, активная среда которых находится в газовой фазе. Это могут быть собственно газы, т.е. вещества, пребывающие в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, или пары, т.е. вещества, существующие при нормальных условиях в твердой или жидкой фазе. В последнем случае вещество искусственно нагревается до образования газообразной активной среды.

В газовых средах инверсия возникает на возбужденных состояниях изолированных атомов, ионов или молекул. Ширина линии генерации газового лазера минимальна среди всех видов лазеров и может быть в ряде случаев меньше долей герца. Газовая среда обладает гораздо большей оптической однородностью, поэтому потери на рассеяние в ней минимальны и, соответственно, в газовых лазерах можно получить наименьший угол расхождения пучка.

Относительно небольшая плотность активных частиц в газовой среде имеет и определенный минус, так как выполнить условие генерации для среды с малой плотностью активных частиц можно только при наличии среды большой протяженности. Поэтому газовые лазеры имеют гораздо большие размеры, чем твердотельные или полупроводниковые лазеры. В зависимости от используемой газообразной среды и поставленных задач длина разрядных трубок газовых лазеров меняется от нескольких сантиметров до нескольких метров, а выходные мощности – от долей ватта до киловатт.

Область длин волн, в которой работают газовые лазеры, простирается от ультрафиолетовой (~ 0,2 мкм) до далекой инфракрасной области спектра (400 мкм), частично захватывая даже миллиметровую область спектра.

Газовые лазеры принято разделять на три группы:

1) лазеры на атомарных газах;

2) ионные лазеры;