Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Ненаправленное излучение традиционных источников света является результатом статистического спонтанного излучения возбужденных атомов данного источника. У лазера же в результате индуцированного испускания излучение света атомов связывается, образуя почти плоскую световую волну с определенной частотой. Направление распространения этой волны задается двумя зеркалами, расположенными параллельно вдоль продольной оси лазерного вещества и образующими так называемый оптический резонатор.
Сегодня известны десятки тысяч самых разных лазерных переходов, генерирующих излучение в диапазоне длин волн от менее 0,01 мкм до более 1000 мкм и покрывающих, таким образом, спектральные области мягкого рентгеновского излучения, ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, а также диапазон миллиметровых волн. В отличие от излучения обычных источников света, лазерный пучок отличается следующими свойствами: — незначительной шириной спектральных линий, — острой направленностью (малым углом расхождения), — высокой интенсивностью излучения, или энергией пучка, — способностью к генерации сверхкоротких световых импульсов.
Малая ширина спектральной линии объясняется высокой стабильностью частоты, монохроматичностью, или одноцветностью света, а также хорошей временной когерентностью. Острая направленность лазерного пучка означает малую угловую ширину и связана с высокой пространственной когерентностью. Об р * р р р р 6~~7~~ Обзорная характеристика разных типов лазеров от 1О нм до 1 мм 1О76 — диапазон длин волн — стабильность частоты Лазеры могут определяться на основе множества признаков, но чаше всего исполь- зуется следующая классификация: — твердотельные лазеры, — жидкостные лазеры, — газовые лазеры, — лазеры на свободных электронах, то есть по принципу агрегатного состояния лазерного вещества. Следует отме- тить, что подобная классификация имеет расхождения с той, что принята авторами данной книги. Среди твердотельных лазеров особое значение имеют классические типы с оп- тической накачкой, а также полупроводниковые инжекционные лазеры.
Из жид- костных исполнений широко распространены пока только лазеры на красителях. Важнейшей проблемой при создании лазера является возбуждение активной среды, формирование так называемой инверсии населенностей, которая приводит к усилению света. Энергия, необходимая для возбуждения активной среды лазера, может подводиться самыми разными способами. Первый рубиновый лазер возбуж- дался путем облучения светом, что послужило примером для многих других лазеров. Подобные устройства называют лазерами с оптической накачкой. По такому прин- ципу можно создавать системы с накачкой электронными лучами или иным корпус- кулярным излучением.
Не следует путать их с лазерами на свободных электронах, у которых сами электроны являются лазерной средой. Газы могут возбуждаться на основе подачи электроэнергии, и тогда мы получаем класс газоразрядных лазеров. Прямое электрическое возбуждение возможно с применением полупроводников, в результате чего формируется группа инжекционных или диодных лазеров. Итак, по способу возбуждения лазерного вещества выделяются следующие типы лазеров: — лазеры с оптической накачкой (возбуждение с помощью лампы-вспышки, лампы непрерывного горения, другого лазера, светодиода), — лазеры с электронно-лучевой накачкой (представленные, например, специальными типами газовых и полупроводниковых лазеров), — газоразрядные лазеры (например, в тлеющих разрядах, дуговых разрядах, разрядах на полых электродах), — инжекционные, или диодные лазеры (с возбуждением за счет прохождения тока в полупроводнике), — химические лазеры (с возбуждением на основе химической реакции), — газодинамические лазеры (с созданием инверсии населенностей путем расширения горячих газов), — лазеры с ядерной накачкой (с возбуждением посредством излучения из атомного реактора или в результате ядерного взрыва).
Разные лазерные системы обладают каждая своими особыми свойствами, при- чем усовершенствованные лазеры современного уровня характеризуется, в част- ности, следующими максимальными показателями: (6» г 31 10«Вт 10о Вт 10м Вт/см' 10" сек — мощность лазеров непрерывного действия — пиковая мощность импульсных лазеров — максимальная интенсивность импульсных лазеров — наименьшая длительность импульса Приведенные данные относятся к периоду примерно 2000 года, но не следует забывать, что характеристики лазеров продолжали совершенствоваться все последующие годы. Впрочем, представленные показатели могут достигаться лишь отдельными, специально разработанными лазерными установками, имеющими значение преимущественно в сфере фундаментальных исследований.
Для более широкого применения предлагаются не столь изысканные исполнения — так называемые коммерческие системы. Для правильного выбора наиболее подходящих лазеров имеет смысл остановиться сначала на их наиболее важных свойствах, к которым можно отнести, прежде всего, длину волны и выходную мощность.
В следующих главах разные типы лазеров будут рассматриваться во всех подробностях. 3.1. Длины волн и выходные мощности В таблице 3.1 приведены значения длин волн некоторых лазеров, предлагаемых разными производителями. На основе существующей техники преобразования частоты (например, ее удвоения, утроения и т.д. — см. здесь также главу 19) и с помощью перестраиваемых лазеров (см. п.
3.2) можно сегодня генерировать практически любую длину волны в диапазоне от 0 01 мкм до 1 мм. В таблице 3.1 названы исполнения лазеров, наиболее подходящие для определенных областей спектра. Лазеры могут функционировать в импульсном или непрерывном режимах. (Вместо термина «непрерывный» часто используется обозначение «св㻠— сокращение от англ. «сопйппоцв нате»). таблица 3.1. Коммерческие лазеры, классифицируемые по длине волны Длина волны, мкм Название и обозначение Режим генерации, средняя мошносгь импульсный, несколько Вт импульсный, несколько Вт импульсный, несколько Вт импульсный, несколько десятков Вт импульсный, несколько 0,1 Вт импульсный, несколько десятков Вт Лазер на экснмере Е, Лазер на экснмере АгЕ Лазер на экснмере КгС! Лазер на экснмере Кгг Лазер на стекле с Мг(, учетвер.
Лазер на экснмере ХеС! 0,152 0,192 0,222 0,248 0,266 0,308 0,325 0,337 0,35 0,351 0,355 0,38 ... 0,45 0,3 1,0 0,4 ... 0,9 Лазер Не-Сй Лазер 11, Лазер Агг, Кгг Лазер на экснмере Хег Лазер на стекле с В(г(, утроенн Днодный лазер Оа!л!4 Лазер на красителе Лазер на красителе непрерывный, несколько мВт импульсный, несколько 0,1 Вт непрерывный, 2 Вт импульсный, несколько десятков Вт импульсный, несколько десятков Вт непрерывный, 10 мВт импульсный, несколько десятков Вт непрерывный, несколько мВт Зсй Л д щ ддяу Название и обозначение Режим генерации, средняя мошнссть Длина волны, мкм Лазер Не-Сг1 Лазер АгчЛазер Сц Лазер на !Чг1, удвоени.
0,442 0,45 0,52 0,51 0,532 непрерывный, несколько десятков мВт непрерывный, от мВт до 30 Вт импульсный, несколько десятков Вт импульсный и непрерывный, несколько Вт, си непрерывный, несколько 0,1 мВт импульсный, несколько десятков Вт импульсный, до 10 Вт непрерывный, до 100 мВт непрерывный, 1О мВт непрерывный, несколько Вт импульсный, несколько Вт импульсный, несколько Вт импульсный и непрерывный, несколько Вт непрерывный и импульсный, до 1 Вт непрерывный, около 1 Вт непрерывный и импульсный, выше 1000 Вт си непрерывный, мВ непрерывный и импульсный, мВт сад Лазер Не-1че Лазер Сц Лазер Ац Лазер Не-!ч!е Диодный лазер 1пОаАяР Лазер Кг' Рубиновый лазер Лазер на александрите Т1-сапфировый лазер 0,543 0,578 0,628 0,632 0,635..
0,670 0.647 0,694 0,7 0,8 0,7 1 Диодный лазер ОаА!Аз СггЕ!8АР и др. вибр. лазеры Лазер на стекле с неодимом 0,75 0,9 0,8 ... 2,4 1,06 Лазер Не-Р!е Диодный лазер 1пОаАзр Йодный лазер Лазер на стекле с неодимом 1,15 1,! 1,6 1,3 1,32 импульсный импульсный и непрерывный, несколько Вт сзя непрерывный, мВт импульсный импульсный непрерывный, мВт Лазер Не-!ч!е Стеклянный лазер Ег Лазер Ег Лазер Хе-Не Лазер Но Лазер на центрах окраски НР-лазер 1,52 1,54 1,73 2 ... 4 2,06 2,3 3,3 2,6 ...
3,0 импульсный непрерывный, мВт непрерывный и импульсный, до 100 Вт си непрерывный, мВт Диодный лазер на соли свинца Лазер Ег Лазер Не-!д!е Лазер ОР 2,7 3,0 2,9 3,39 3,6 ... 4 импульсный непрерывный, мВт непрерывный и импульсный, до 100 Вт сзу непрерывный, 1О Вт непрерывный и импульсный, до нескольких кВт непрерывный, мВт непрерывный, до 1 Вт Лазер СО Лазер СО, 5...6 9 11 Диодный лазер на соли свинца Лазер дальнего ИК-диапазона 5...20 40 1 000 таблица 3.1.
Коммерческие лазеры, классифицируемые по длине волны (Окончание) 'ьЮ С ° ~~ р В режиме «счг» мощность излучения указывается в ваттах. В отношении импульсного лазера можно привести несколько характерных параметров; энергия импульса И'(в джоулях), длительность импульса т и временной межимпульсный интервал Т. Отсюда можно вычислить максимальную пиковую мощность Р Р И',гт.
(3.1) Для средней мощности Р получаем; Р= — =И'Я,, (3.2) Т где~, есть частота повторения импульсов. Разные лазеры с учетом их активной среды классифицированы в таблице 3.2 как газовые, жидкостные и твердотельные лазеры. Важнейшими жидкими лазерными веществами являются красящие растворы, представляющие в таблице 3.2 класс жидкостных лазеров. Лазеры на стекле рассчитаны преимущественно на электрический способ по принципу газового разряда, исключая длинноволновые молекулярные лазеры, которые в большинстве случаев предусмотрены для оптической накачки лазерами СОг Твердотельные лазеры и лазеры на красителях имеют оптическую накачку с помощью газоразрядных ламп или других лазеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
