Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Лазерные гранаты с ионами Йг ' могут составить серьезную конкуренцию алексзндриту и изумруду, которые с удовлетворительными выходными параметрами генерируют в красной области спектра в условиях перестройки длины волны излучения. Наряду с неуклонным развитием твердотельных лаверов на основе кристаллов, непрерывна совершенствуются теплофизические н генерационные свойства некоторых неодимовых стекол. Активные элементы из фосфатных стекол благодаря высокой эффективности и низким порогам генерации широко используются в лазерах импульсно-периодического режима работы. Увеличение мощности генерации, снимаемой с активного элемента заданного размера, ограничено в основном термостой костью элементов. которая может быть повышена либо их упорядочением, либо улучшением механических характеристик стекла и повышением его теплоцроводиости.
Так, на натрий-алюмофосфатной основе создано атермальное лазерное стекло ЛГС-Т с повышенной теплопроводиостью, которое может успешно применяться в импульсиопериодическом режиме генерации. При этом частота следования генерации достигает 1ОО Гц, удельный съем мощности излучения до 20 Вт/см', концентрационное тушение выражено слабо и рабочая концентрация ХУ+ может достигать 10м см з.
В трубчатых активных элементах на основе фосфатных стекол за счет повышения эффективности системы накачки получен КПД в режиме свободной генерапии приблизительно 9%. л в в а 6 ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ Газовым лазером принято называть квантовый генератор, активная среда которого находится в газообразном состоянии. Семейство газовых лазеров весьма многочисленно. Они генерируют в диапазоне длин волн от ультрафиолетовой области спектра до субмнллнметровых волн как в импульсном, так и в непре ывном режимах. газовых лазерах наиболее ярко проявляются основные арактериые свойства лазерного излучения — высокая направенность и монохроматичность, что является следствием высокой птической однородности и малой плотности вещества. В резульате этого основные параметры газовых лазеров приближаются к предельно достижимым (ширина спектральной ляпни менее 1 Гп н дифракционная расходимость), Усиление газообразных ред может достигать больших значений, несмотря на малую 'нверсию населенности, так как ширина спектральной линни снлення в газах существенно меньше, чем в твердом теле.
Однако дельная мощность н энергия в газовых лазерах значительно еньше, чем в твердотельных лазерах из-за низкой плотности астиц, хотя абсолютные значения мощности и энергии излучения огут быть соизмеримы, так как объем газовой среды может быть ущественио больше. бл, ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ В настоящее время создано большое число типов газовых азеров, которые можно условно классифицировать по способу возбуждения активной среды, по виду активного вещества, по ежиму работы и т. п. В литературе наиболее принята классификация по виду перехода, на котором имеег место лазерная генерация. В соответствии с ней выделяют лазеры на нейтральных атомах, типичным примером которого является Не — Ые лазер. Вторую группу образуют ионные лазеры.
Инверсия населенностей в них создается между уровнями энергии атомарных ионов. Весьма обширную группу составляют молекулярные лазеры, являющиеся наиболее мощными газовыми лазерамя и обладающие высоким 'КПД. В особую группу выделяют лазеры на парах металлов (атомы н ионы), а также зксимерные лазеры, работающие на пере- одах между электронными уровнями зксимерных молекул ~молеул, существующих только в электронно-возбужденном состо1зз янин). Кроме того, в зависимости от способа возбуждения актив. ной среды выделяют в отдельные группы газодинамические ла.
веры, где инверсия создается путем адиабатического охлаждения нагретых газовых масс, движущихся со сверхзвуковой скоростью злектроионизационные лазеры, в которых возбуждение активной среды осуществляется разрядом, управляемым электронным пучком, химические лазеры, работающие без внешнего источника энергии.
Инверсия в химических лазерах возникает непосредственно в ходе элементарной химической реакции, за счет освобождающейся при этом энергии, что принципиально отличает их от ранее рассмотренных генераторов оптического излучения. бтс ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИНВЕРСИИ В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ В газе (или смеси газов), возбужденном за счет подводнмой энергии, протекают различные процессы атомного и молекулярного взаимодействия. Свойства активной среды зависят от полного давления и парциальных давлений компонент смеси; от природы взаимного расположения и времен жизни молекулярных н атомных уровней энергии; от энергии и плотности электронов накачки, от размеров сосуда с газом и т, д.
Существует широкий перечень механизмов, обеспечивающих достижение инверсии населенностей в ряде газовых лазеров. Но в большинстве случаев можно выделить нз ряда одновременно протекающих процессов один основнои. кото ый ответственен за возникновение инверсии. а примере существующих в настоящее время лазеров можно указать основные механизмы, приводящие к созданию инверсной заселенности в газах. Таковыми являются возбуждение атомов и молекул электронным ударом, резонансная передача возбуждения, нерезоиансная перезарядка, фотодиссоциация молекул, фото- возбуждение, рекомбинация, использование неравновесного молекулярного газа. В газовом лазере основные процессы, приводящие к осуществлению инверсии, происходят, как правило, в газовом разряде, под которым понимают совокупность процессов, связанных с прохождением электрического тока через газообразную среду. При возникновении разряда образуется особая среда — газообразная плазма, .
для которой характерна значительная концентрация заряженных и возбужденных частиц. Для возбуждения лазерного вещества используется, как правило, наиболее протяженная и однородная часть разряда— положительный столб. Различают следующие виды газового раз яда: стационарный и импульсный. о типичным значениям относительной концентрации заряженных частиц (степень ионизации) различают тлеющий (долн процента) н дуговой (проценты) стационарные разряды. Техническая реализация стационарных разрядов обычно осуществляется двумя путями: с помощью разряда постоянного 1бо гв ье-мг е + А = 2е + А+.
ка и с помощью высокочастотного Аъьнг«нвг азряда. В последнем случае отпа- гв дает надобность во внутренних электродах, но усложняется блок накач- 6« кн, усиливается поглощение рабочего газа стенками газоразрядной трубки. В газе (или смеси газов), возбу. г,=а~ 4 ждаемом за счет электрической энер. Рнс. ЗЛ. Снннв ннвзунденнн гни, протекают различные процсе ннергетнчесннн уровней н гавосы, среди которых можно выделить ннн рнврннн один основной, В электроразрядиых лазерах таковым процессом являются неупругие столкновения частиц. Упругие процессы в плазме газового разряда способствуют лишь установлению определенного распределения частиц по скоростям.
Термины «упругиев и «неупругие» взаимодействия частиц связаны с кинетической эвергней взаимодействующих частиц. Взаимодействия, при которых суммарная кинетическая энергия обеих взаимодействующих частиц ке меняется, называются упругими. Если же в процессе взаимодействия суммарная кинетическая энергия частиц изменяется, то такие взаимодействия принято азыпать иеупругими. Различают два типа неупругих взаимодействий (соудзрепия 1 и 1! рода).
К ударам 1 рода относятся взаимодействия, приводящие к уменьшению суммарной кинетической энергии сталкивающихся частиц. Известны три процесса такого типа (рис. б.!). Прямое электронное возбуждение, когда бысгрыи электрон е, сталкиваясь с тяжелой частицей А, расходует свою кинетическую энергию на ее возбуждение, описывается соотношением е+А — «Ар+ е, При этом процессе кинетическая энергия электрона должна превышать эпершпо Ен возбужденного состояния Ан, Сг! пенчатое электронное аозбулгденгге, за ключ акнцееся во взаимодействии электрона с возбужденной тяжелой частицей А (с энергией Е*), можно представить в виде е+ А" -э. А""+е. В результате частица переходит в более высоковозбужденное состояние А'н с энергией Енн.
Вероятность данного процесса отлична от нуля только для энергии электрона Кг, > Лйг = Енн Ен Процесс ударной ионизации, когда быстрый электрон выбивает оптический электрон из нейтральной частицы, характеризуется авеиством 6 Крнннв К. и. н нр. г6! Этот процесс приводит к образованию положительного иона Сечение возбуждения отлично от нуля только при %', > 1, где 1 — энергия ионизацин частицы А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
