31. Молекулярные лазеры. Общая характеристика и типы молекулярных лазеров. Со2-лазер. Устройство и генерационные параметры.

Молекулярный лазер - лазер, в к-ром активной средой являются молекулярные газы (напр., CO2, N2, D2), а инверсия населённостей осуществляется в системе электронных уровней молекул (напр., N2-лазер) или колебат. уровней (напр., СO2-лазер ).По способу создания инверсии населённости (накачки) в M. л. различают газодинамические лазеры, (CO2), газоразрядные лазеры ,в т. ч. зксимерные лазеры.

Типы молекулярных лазеров.

В зависимости от типа участвующих в генерации переходов молекулярные лазеры разделяют на три класса.

Лазеры на колебательно-вращательных переходах, использующие переходы между колебательными уровнями одного и того же (как правило, основного) электронного состояния. Поскольку расстояние между колебательными уровнями энергии имеет порядок десятых Ш сотых долей электро вольта, то эти лазеры работают в среднем ИК-диапазоне (5,..100 мкм).  Лазеры на электронно-колебательных переходах, использующие переходы между колебательными уровнями различных электронных и работающие в видимой и ближней УФ-областях спектра. Многообразие внутренних движений в молекулах открывав новые каналы релаксации, которые могут быть использован!.: в частности, для эффективного опустошения нижнего лазерного уровня. (Вспомним, что именно отсутствие эффективных процессов релаксации с уровней 15 неона в (Не-Ме) лазере существенно ухудшает параметры этого прибора.) Лазеры на чисто вращательных переходах. В них используются переходы междуразличными вращательными уровнями одного и того же колебательного состояния (как правило, возбужденного колебательного уровня основного электронного состояния). Соответствующая длина волны генерации попадает в дальний ИК или субмиллиметровый диапазон (25 мкм-1 мм). В лазерах данного типа труднее получить генерацию, поскольку релаксация между вращательными уровнями происходит, как правило, с очень большой скоростью. Поэтому такие лазеры обычно накачивают оптически, используя выходное излучение другого лазера(как правило, СО2 лазера). Оптическая накачка возбуждает данную молекулу(например, CH3F, λ=496 мкм) на вращательный уровень, принадлежащий некоторому колебательному состоянию, расположенному выше основного уровня. После этого генерация осуществляется на переходах между вращательными уровнями данного верхнего колебательного состояния.

Лазер на углекислом газе

Этот лазер — один из самых интересных по своим практическим воз-

можностям — принадлежит к подклассу молекулярных газовых лазеров.

Колебательно-вращательные энергетические уровни молекулы углекислого

газа CO2 образуют систему переходов, позволяющих усиливать и генериро-

вать оптические колебания на множестве дискретных длин волн в интерва-

ле от 9,2 до 11,2 мкм, т. е. в средней инфракрасной области спектра. Длины

волн, на которых возможна генерация, отстоят друг от друга на 0,02 мкм,

а область максимального усиления приходится на волну 10,6 мкм.

34Область спектра, в которой может генерировать CO2-лазер, расположе-

на почти в центре широкого «окна прозрачности» атмосферы, где поглоще-

ние излучения атмосферными газами невелико; это обстоятельство играет

важную роль при создании лазерных измерительных приборов локацион-

ного типа. Однако, кроме удачного спектрального положения области ге-

нерации, CO2-лазер имеет целый ряд других достоинств.

Лазер на углекислом газе может работать как при непрерывной, так

и при импульсной накачке в широком диапазоне режимов, обеспечивая

при этом большую выходную мощность и высокий к. п. д. (от 5 до 20%).

Спектральные и пространственные характеристики излучения CO2-лазера

могут быть весьма совершенными.

Газовая среда CO2-лазера обычно состоит не только из углекислого га-

за. Для улучшения генерационных свойств и эксплуатационных характери-

стик в кювету вводятся также азот и гелий. Смесь CO2—N2—He характерна

для большинства лазеров этого типа, хотя для краткости за ними сохраня-

ется название CO2-лазеров. Возбуждение активной среды может произво-

диться различными методами, но чаще всего используется электрический

разряд.