Газодинамический лазер (гдл).

В газодинамическом лазере инверсная населенность энергетических уровней достигается за счет колебательной релаксации, вызываемой столкновением молекул в процессе сверхзвукового расширения газа и резким снижением его температуры и давления за время, гораздо меньшее, чем это требуется для рел

Рис.7

аксации верхних энергетических уровней. Схема лазера, в котором реализуется данный способ получения инверсной населенности, показана на рис. 7. В камеру сгорания А поступает жидкое топливо и окислитель. При сгорании топлива образуется углекислый газ СО₂. Горячий газ смешивается с азотом и водяными парами, в результате чего образуется высокотемпературная (Т = 1400К ) газовая смесь. В этой разогретой смеси ее молекулы CO₂ возбуждаются и переходят на более высокие уровни. Тепловое равновесие системы достигается уже при более высокой населенности верхних уровней возбужденными молекулами, чем это имеет место при обычной температуре. Однако число молекул на нижних уровнях все же превышает их число на верхних, поэтому индуцированное излучение отсутствует. Для создания инверсной населенности необходимо обеспечить условия, при которых нижние уровни обедняются, а верхние сохраняют свою населенность.

С этой целью разогретая смесь газов под большим давлением прокачивается со сверхзвуковой скоростью через сопло. В камере Б происходит быстрое расширение газовой смеси, сопровождающееся ее охлаждением до Т - 354К, что вызывает уменьшение числа возбужденных молекул CO₂. Но вследствие того, что верхний уровень возбуждения имеет большее время жизни (время нахождения на нем молекул CO₂), чем нижний, населенность нижнего уровня падает быстрее, чем верхнего, и уже на расстоянии 3 см от сопла она практически исчезает. Возникает инверсная населенность, приводящая к индуцированному излучению на длине волны  = 10.6 мкм. Это условие сохраняется и в камере резонатора.

В лазерах этого типа, построенных по схеме рис. 7, мощности генерации составляли около 60 кВт, а в импульсном режиме с длительностью импульса 4 с среднее значение мощности достигало уже 400 кВт. К недостаткам данной схемы следует отнести то, что в камере сгорания вместе с азотом охлаждаются другие компоненты смеси (C0₂, H₂O или Не), и поэтому молекулы этих газов действуют как примеси, уменьшая эффективность накачки. Кроме того, газовую смесь необходимо нагреть до максимальной температуры. Однако критическая температура для CO₂, при которой начинается диссоциация молекул, лежит в области Т=2300К, а диссоциация азота происходит при Т > 4000К. Поэтому предварительное смешение газовой смеси или получение ее в камере сгорания не использует всех потенциальных возможностей данной активной среды.

Твердотельные лазеры

Твердотельные лазеры – это оптические квантовые генераторы, в которых в качестве активного вещества используются кристаллические или аморфные диэлектрики. Рассмотрим твердотельные лазеры на примере рубинового лазера.

Принцип действия рубинового лазера.

Энергетическая диаграмма рубина представлена на Рис.8. Создание инверсной населенности в рубине происходит по 3х-уровневой схеме с использованием метода оптической накачки.