32. Молекулярные лазеры ультрафиолетового диапазона. N2-лазер.

Молекулярные лазеры ультрафиолетового диапазона.

Лазеры на электронно-колебательных (вибронных) переходах. В таких лазерахиспользуются переходы между колебательными уровнями различных электронных состояний. В этом случае длина волны генерации обычно попадает в УФ-область спектра. Наиболее интересный пример этой категории лазеров — азотный лазер (λ  337 нм). Отдельный класс лазеров, который можно было бы отнести к вибронным лазерам, составляют эксимерные лазеры. В этих лазерах используются переходы между различными электронными состояниями специальных молекул (эксимеров) сдлиной волны излучения, лежащей, как правило, в УФ-диапазоне. Однако эксимерные лазеры используют не только переходы между связанными состояниями (связанно - связанные переходы), но и, что бывает гораздо чаще, переходы между связанным верхним состоянием и основным состоянием, в котором атомы отталкиваются друг от друга (связанно-свободные переходы). Поэтому целесообразно рассматривать эти лазерыкак отдельную категорию.

N2 лазер - импульсный, излучение лежит в ультрафиолетовом диапазоне, длительность импульса от 5 до 10ns, мощность одного импульса может достигать 100KW. Рабочим телом является воздух, либо азот под давлением от 100 до 200Torr, некоторые модификации могут работать при атмосферном давлении. В идеальных условиях КПД достигает 3%. Зеркала не требуются. К сожалению, излучение такого лазера почти невозможно сфокусировать в маленькую точку, поэтому, не смотря на большую мощность, лазер ничего прожечь не сможет. А вот ожог получить вполне можно, из-за вредного воздействия UV излучения.

Лазер состоит из 2 плоских конденсаторов с очень низкой индуктивностью. Одна пластина общая. На второй пластине одного из конденсаторов находится искровой промежуток, который при достижении максимального заряда пробивается на общую обкладку. Между вторыми пластинами двух конденсаторов включена индуктивность в виде катушки с несколькими витками, и 2 заточенных электрода - система накачки рабочего тела, то есть воздуха. На обкладку конденсатора (тот, что с искровым промежутком) подается плюс высокого напряжения - около 20KV. Общая обкладка заземляется, так же как и отрицательный электрод высоковольтного генератора. Назовем условно конденсатор без искрового промежутка C1, с искровиком - C2.

Для работы лазера необходимы очень короткие, но мощные импульсы тока. Для создания таких импульсов и нужен тот самый плоский конденсатор с катушкой и искровым промежутком. Работает лазер так. Высоковольтный источник питания заряжает конденсаторы C1 и C2 (связь между ними осуществляется через катушку). После достижения максимального заряда - около 20KV пробивается искровой промежуток и замыкает C2 на землю. Следовательно, баланс нарушается, и напряжение C1 вынуждено перейти в C2. Как известно, ток идет по пути наименьшего сопротивления, и этот путь лежит через электроды накачки. По всей длине "лезвий" (вернее, разряд начинается в центре, а потом распространяется к краям) возникает мощный разряд, (но длится он всего несколько ns) который заставляет ионизироваться азот.