Тема 7. Газовий лазер. Лекція 7.
Механізми збудження газових лазерів. Методи накачування. Накачування електронним ударом. Зіткнення першого та другого роду. Накачування дисоціацією. Оптичне накачування. Теплове накачування.
Перший газовий лазер був створений на суміші
He Ne
у 1961
році, інтенсивність його випромінювання була 10 мВт і довжина хвилі генерації – 1.153 мкм (2.6021014 Гц). Накачування здійснювалося на частоті 27 МГц потужністю в 50 Вт. На сьогоднішній день тільки на
He Ne суміші отримана генерація на 160 лініях, які перекривають
діапазон від 270 нм до 132.8 мкм. Загальне число активних газових сумішей вже перевищує 100, а число відомих переходів – декілька
тисяч від ультрафіолетової області (235.8 нм
Ne4 ) до
субміліметрового діапазону (780 мкм ICN і 791 мкм
H 2O). Необхідно
зазначити, що набір газових сумішей і вказаний спектральний діапазон буде розширюватись і далі.
Газові лазери мають унікальну власну ширину лінії випромінювання (до 0.5 Гц), що відповідає відносному ступеню
монохроматичності 10-14. На He Ne лазері на довжині хвилі
1.15мкм протягом 10 с при повній потужності в моді приблизно 1
мВт і ширині моди 0.3 МГц отримана монохроматичність менше 0.5 Гц. В цих умовах спектральна ширина лінії генерації повністю визначається функціями розрядного струму і тепловими механічними змінами оптичної системи. Останнє визначає граничне значення монохроматичності газових лазерів.
Особливості газових лазерів обумовлені, як правило, тим, що більшість з них використовують атомні чи молекулярні спектри люмінесценції. Довжини хвиль переходів достатньо точно відомі і практично не залежать від навколишнього середовища. Оскільки система енергетичних рівнів відносно проста, то правила відбору добре виконуються. Тому характер безвипромінювальних переходів добре вивчений. Окрім того, в газових сумішах можна багатьма методами створювати інверсну заселеність. Ці механізми збудження і спустошення дозволяють реалізувати генерацію при малих значеннях потужності накачувань.
Механізми збудження газових лазерів.
Загальна схема процесів збудження і спустошення робочих рівнів
газів показана на рис. 1. Величини Pi
і Pk
швидкості заповнення
верхнього і нижнього рівнів, а Kk
і Ki
швидкості спустошення
нижнього і верхнього рівнів, відповідно. Умова отримання підсилення
на переході
i k
при
dik
dki
(тобто,
h ki kT) зводиться до
наступного виразу:
qi Pk Pk
Kk
q
P (Ki Aik ) (dik Aik )1 P
(1)
k i i
В цьому співвідношенні перший доданок праворуч відповідає за спустошення верхнього рівня, а другий – за заповнення нижнього.
Звідси: при
Pk 0
Kk i
q
qk
(dik
Aik
) , що співпадає з умовою
досягнення підсилення чотирирівневої схеми функціонування
f21 f32 . Перейдемо до розгляду методів створення інверсії в газових
лазерах.
1 2 3 4 5 6
скачати
Тема 7. Газовий лазер. Лекція 7.
Механізми збудження газових лазерів. Методи накачування. Накачування електронним ударом. Зіткнення першого та другого роду. Накачування дисоціацією. Оптичне накачування. Теплове накачування.
Перший газовий лазер був створений на суміші
He Ne
у 1961
році, інтенсивність його випромінювання була 10 мВт і довжина хвилі генерації – 1.153 мкм (2.6021014 Гц). Накачування здійснювалося на частоті 27 МГц потужністю в 50 Вт. На сьогоднішній день тільки на
He Ne суміші отримана генерація на 160 лініях, які перекривають
діапазон від 270 нм до 132.8 мкм. Загальне число активних газових сумішей вже перевищує 100, а число відомих переходів – декілька
тисяч від ультрафіолетової області (235.8 нм
Ne4 ) до
субміліметрового діапазону (780 мкм ICN і 791 мкм
H 2O). Необхідно
зазначити, що набір газових сумішей і вказаний спектральний діапазон буде розширюватись і далі.
Газові лазери мають унікальну власну ширину лінії випромінювання (до 0.5 Гц), що відповідає відносному ступеню
монохроматичності 10-14. На He Ne лазері на довжині хвилі
1.15мкм протягом 10 с при повній потужності в моді приблизно 1
мВт і ширині моди 0.3 МГц отримана монохроматичність менше 0.5 Гц. В цих умовах спектральна ширина лінії генерації повністю визначається функціями розрядного струму і тепловими механічними змінами оптичної системи. Останнє визначає граничне значення монохроматичності газових лазерів.
Особливості газових лазерів обумовлені, як правило, тим, що більшість з них використовують атомні чи молекулярні спектри люмінесценції. Довжини хвиль переходів достатньо точно відомі і практично не залежать від навколишнього середовища. Оскільки система енергетичних рівнів відносно проста, то правила відбору добре виконуються. Тому характер безвипромінювальних переходів добре вивчений. Окрім того, в газових сумішах можна багатьма методами створювати інверсну заселеність. Ці механізми збудження і спустошення дозволяють реалізувати генерацію при малих значеннях потужності накачувань.
Механізми збудження газових лазерів.
Загальна схема процесів збудження і спустошення робочих рівнів
газів показана на рис. 1. Величини Pi
і Pk
швидкості заповнення
верхнього і нижнього рівнів, а Kk
і Ki
швидкості спустошення
нижнього і верхнього рівнів, відповідно. Умова отримання підсилення
на переході
i k
при
dik
dki
(тобто,
h ki kT) зводиться до
наступного виразу:
qi Pk Pk
Kk
q
P (Ki Aik ) (dik Aik )1 P
(1)
k i i
В цьому співвідношенні перший доданок праворуч відповідає за спустошення верхнього рівня, а другий – за заповнення нижнього.
Звідси: при
Pk 0
Kk i
q
qk
(dik
Aik
) , що співпадає з умовою
досягнення підсилення чотирирівневої схеми функціонування
f21 f32 . Перейдемо до розгляду методів створення інверсії в газових
лазерах.
1 2 3 4 5 6