29.Лазеры на парах металлов.Общая характеристика и принцип действия гелий-кадмиевого лазера.Генерационные параметры.
Лазеры на парах металлов используют в качестве активной среды пары металлов, возбуждённых и нагреваемых электрическим разрядом. Лазеры на парах меди возбуждаются интенсивными импульсами тока, создавая наносекундное импульсное излучение на 510.6 нм (зеленый) или 578.2 нм (желтый). Средняя мощность излучения может превышать 100 Вт. HeCd лазер больше похож на гелий-неоновый лазер, излучающий непрерывно на 442 нм (синий) или 325 нм (ультрафиолетовый) с оптической мощностью порядка 100 мВт. Лазерный переход происходит в Cd+ ионах, которые возбуждаются при столкновениях с возбужденными атомами гелия.
Гелий-кадмиевый лазер,в основе принципа действия которого лежит столкновительная передача энергии возбуждения от метастабильного атома гелия в состоянии 23S1 атому кадмия, сопровождающееся ионизацией этого атома и возбуждением иона.Этот процесс, называющийся пеннинговской ионизацие, происходит по схеме He*+Cd→He+(Cd+ )*+e+E кин (14.11)
Константа скорости пеннинговской ионизации Кp=<σpυ> определяется сочением σp, которая в рассматриваемом случае (σp =6.5*10-15 см 2 )превышает газокенитическое сечение.
Процесс типа A*+B→A+(B+)*+e(14.12) возможен только в случае ,когда энергия возбуждения атома А* превосходит энергию ионизации и последующего возбуждения иона В+.Процесс наиболее эффективен если возбужденное состояние А* метастабильно
В общих чертах процесс 14,11 подобен обсуждавшемуся ранее применительно к гелий-неоновому лазеру процессу(13,8).В отличие от гелий-неонового лазера в случаей гелий-кадмиевого лазера точный резонанс возбужденных состояний гелия и кадмия не нужен, так как избыток энергии уносится электроном, что характерно для пеннинговской ионизации.
Важность накопления энергии возбуждения метастабильными состояниями атома гелия и процесса передачи этой энергии кадмию отражены в названии рассматриваемого лазера – гелий-кадмиевый,для сокращения записи этот лазер часто называют кадмиевым
Схема уровнений энергии гелий-кадмиевого лазера довольно простоа(14,2) она соответствует одному внешнему электрону над замкнутой оболочкой.Метастабильные возбужденные в разряде состояния гелия 21S0 и 23S1могут возбуждать состояние иона Cd+ 2D3/2 2D5/2 2P3/2 2P1/2.Хотя в пеннинговском процессе резонанс не важен,все же наиболее эффективно возбуждение передается в процессе с наименьшим дефицитом энергии,то есть из состояния 23S1 в состояние 2D3/2.5/2 .Oднако инверсная заселенность возникает и удерживается в непрерывном режиме в соответствие с формулой 14,8 благодоря существенно более быстрому распаду нижних(Р) уровней по сравнению с верхними (D).Радиационное время жизни D состояний состoвляет примерно 10-7 сек, а Р – 10-9 сек.Пленение излучения на переходе на нижни лазерный уровень = основное состояние иона не происходит из-за малой концентрации ионов кадмия.
