12 (Лекции кафедральные (PDF)), страница 3

Это свойство делает гелий-неоновые лазеры хорошими источниками излучения дляиспользования в голографии, спектроскопии, а также в устройствах считывания штрих-кодов.Виды лазеров.Рабочее тело является основным определяющим фактором рабочей длины волны, а также остальных свойств лазера. Существует большое количество различных рабочих тел, на основе которых можно построить лазер.В лазерах, в основном, используются следующие рабочие тела. Твёрдые тела, такие каккристаллы и стекло. Газы, например, углекислый газ, аргон, криптон или смеси, такие как в гелий-неоновых лазерах. Полупроводники - материалы, в которых переход электронов междуэнергетическими уровнями может сопровождаться излучением. Жидкости, как, например, влазерах на красителях.Источник накачки подаёт энергию в систему.

В его качестве могут выступать: электрический разрядник, импульсная лампа, дуговая лампа, другой лазер, химическая реакция, взрывчатое вещество.По виду рабочего тела лазеры делятся на типы.Твердотельные лазеры на люминесцирующих твёрдых средах (диэлектрические кристаллы и стёкла). В качестве активаторов обычно используются ионы редкоземельных элементов или ионы группы железа Fe.

Сплошной материал обычно легируется (активируется) добавкой небольшого количества ионов хрома, неодима, эрбия или титана. Типичные используемые кристаллы: алюмо-иттриевый гранат (YAG), литиево-иттриевый фторид (YLF), сапфир(оксид алюминия) и силикатное стекло. Самые распространённые варианты: Nd:YAG, титансапфир, хром-сапфир (известный также как рубин), легированный хромом стронций-литийалюминиевый фторид (Cr:LiSAF), Er:YLF и Nd:glass (неодимовое стекло). Накачка - оптическаяи от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырёхуровневой схеме.

Твердотельные лазеры обычно накачиваются импульсной лампой или другим лазером. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным и квазинепрерывном режимах.Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки - инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами, а квантовые переходы происходят междуразрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры - наиболее употребительный в быту вид лазеров. Полупроводниковые лазеры очень компактны, накачиваются электрическим током, что позволяет использовать их в бытовых устройствах, таких как проигрыватели компакт-дисков. Кроме этого применяются вспектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине.Лазеры на красителях.

Тип лазеров, использующий в качестве активной среды растворфлюоресцирующих с образованием широких спектров органических красителей. Состоят изорганического растворителя, например метанола, этанола или этиленгликоля, в которых растворены химические красители, например кумарин или родамин. Конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах.Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне.

Применяются в спектроскопических исследованиях.Газовые лазеры - лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения.Работают в непрерывном и импульсном режимах. В зависимости от системы накачки газовые7Семестр 4. Лекция 12.лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами (например, лазеры с ядерной накачкой), газодинамическиеи химические лазеры. По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательныхпереходах молекул и эксимерные лазеры.Газодинамические лазеры - газовые лазеры с тепловой накачкой, инверсия населённостей в которых создаётся между возбуждёнными колебательно-вращательными уровнями гетероядерных молекул путём адиабатического расширения движущейся с высокой скоростью газовой смеси (чаще N2+CO2+He или N2+CO2+Н2О, рабочее вещество - CO2).Эксимерные лазеры - разновидность газовых лазеров, работающих на энергетическихпереходах эксимерных молекул (димерах благородных газов, а также их моногалогенидов),способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии.

Накачка осуществляется пропусканием через газовую смесь пучка электронов, под действием которых атомы переходят в возбуждённое состояние с образованием эксимеров, фактически представляющих собой среду с инверсией населённостей. Эксимерные лазеры отличаются высокими энергетическими характеристикам, малым разбросом длины волны генерации и возможности её плавнойперестройки в широком диапазоне.Химические лазеры - разновидность лазеров, источником энергии для которых служатхимические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов).

Лазерные переходыпроисходят между возбуждёнными колебательно-вращательными и основными уровнями составных молекул продуктов реакции. Для осуществления химических реакций в среде необходимо постоянное присутствие свободных радикалов, для чего используются различные способывоздействия на молекулы для их диссоциации. Отличаются широким спектром генерации вближней ИК-области, большой мощностью непрерывного и импульсного излучения.Лазеры на свободных электронах - лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле (за счёт чего осуществляется излучение) и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения.

Основной особенностью является возможность плавной широкодиапазонной перестройкичастоты генерации. Различают убитроны и скаттроны, накачка первых осуществляется в пространственно-периодическом статическом поле ондулятора, вторых - мощным полем электромагнитной волны. Существуют также мазеры на циклотронном резонансе и строфотроны, основанные на тормозном излучении электронов, а также флиматроны, использующие эффектчеренковского и переходного излучений.Квантовые каскадные лазеры - полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднеми дальнем инфракрасном диапазоне.

В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными идырочными уровнями, разделенными запрещённой зоной полупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших затрат энергии.Волоконный лазер - лазер, резонатор которого построен на базе оптического волокна,внутри которого полностью или частично генерируется излучение.

При полностью волоконнойреализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использованииволоконных и других элементов в конструкции лазера он называется волоконно-дискретнымили гибридным.Возможны и другие виды лазеров, разработка которых находится на этапе исследований– рентгеновские лазеры, гамма-лазеры и др.8.