ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Примеры лазерных систем (типы лазеров и лазерных процессов) из "Лазерная светодинамика " Как мы уже видели, типичный лазер состоит из следующих элементов активная среда, источник накачки и резонатор. В этом разделе мы приведем примеры лазерных материалов. На сегодняшний день известно множество разнообразных активных сред, пригодных для создания лазера, а также ведется поиск новых. Перечень приводимых примеров не будет полным, мы отметим только некоторые наиболее важные лазерные материалы. Читатели, которые интересуются фундаментальными основами лазерной физики, могут либо пропустить этот раздел полностью, либо рассмотреть один первый пример — рубиновый лазер. [c.44] Прежде чем говорить о конкретных лазерных средах, будет полезным рассмотреть различные схемы энергетических уровней, на которых основаны накачка и лазерная генерация. Фактически мы обнаружим всего несколько основных схем. Выше мы уже привели простейшую схему, когда каждый из атомов активной среды содержит только два уровня. Оптический переход, в результате которого генерируется лазерное излучение, происходит между двумя этими уровнями. Поскольку для работы лазера необходимо большое число возбужденных атомов, требуется накачивать энергетически атомы с уровня 1 на уровень 2 за счет внешнего источника энергии (рис. 2.7). [c.44] Неоднородно уширенная линия гауссовой формы (сплошная линия). Для сравнения показана также лоренцева форма линии для перехода с однородным уширением (штриховая линия). [c.47] Рассмотрим ряд примеров лазерных материалов. Мы хотим лишь показать, насколько различными могут быть активные среды лазеров. Рассмотрим сначала переходы электронов в атомах. Такие атомы могут быть введены в твердые тела в виде примеси. Это приводит нас к первому классу лазерных систем. [c.48] В этом случае активной средой лазера служит газ. Первым экспериментально реализованным газовым лазером стал Не—Ме-лазер, в котором использовалась газовая смесь гелия и неона (рис. 2.16). [c.50] Лазерная генерация происходит в Ые, наиболее характерные линии таковы — 0,6328 мкм, X = = 1,15 мкм, X — 3,39 мкм. Способ накачки атомов Ме особенно интересен. В смеси газов, которая обычно содержит 1,0 мм рт. ст. Не и 0,1 мм рт. ст. Ме, возбуждается разряд постоянного или переменного тока. Высвобождающиеся в разряде электроны набирают высокую энергию, достаточную для возбуждения Не в электрон-атом-ных столкновениях. Возбужденные атомы Не релаксируют в каскадных процессах и накапливаются преимущественно в долгоживущих метастабильных состояниях 2 5 и 215 (рис. 2.17). Поскольку эти долгоживущие уровни практически совпадают (по энергии) с уровнями 25 и 35 атомов Ме, возбужденные атомы Не в столкновениях могут передавать энергию атомам Ме, которые в результате оказываются в возбужденных состояниях. Эти уровни являются начальными состояниями для лазерных переходов или даже для каскада лазерных переходов. [c.50] К газовым лазерам относится важный класс ионных лазеров. [c.50] Лазерная генерация возникает на переходах ионов газообразных Не или Аг. Ионизация и возбуждение осуществляется электронным ударом. Длины волн испускаемого света лежат в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. [c.51] ВОДИТ КО второму режиму генерации СОг-лазера, который особенно интересен для приложений. [c.55] Наиболее высокие мощности излучения могут быть получены с помощью газодинамических лазеров. Здесь используется смесь газов СО2, N2, Н2О или Не. Эта смесь газов, которая первоначально удерживается при высоком давлении и высокой температуре, выпускается через сверхзвуковые сопла. При расширении газа возникает инверсия на переходах молекул газа, что приводит к созданию активной лазерной среды. Сверхзвуковой поток газа проходит через оптический резонатор из двух зеркал, и при этом генерируется лазерное излучение (рис. 2.22). [c.55] Здесь мы рассмотрим еще один класс твердотельных лазеров. В этом случае электронные состояния, между которыми происходит лазерная генерация, принадлежат уже не отдельным примесным атомам, а всей кристаллической решетке, образующей полупроводник. [c.56] Изложенную простую схему излучательных переходов приходится модифицировать, поскольку на электронные переходы оказывают сильное влияние примеси. При этом правило отбора по к нарушается. [c.60] который МЫ только что описали, приходится по-разному модифицировать. В частности, применяются многослойные р—п-струк-туры, пример которых представлен на рис. 2.29. [c.60] Совершенно особый класс составляют лазеры на свободных электронах. [c.63] В связи с многочисленными приложениями лазеров очень желательно, конечно, было бы иметь лазеры с очень короткими длинами волн. Лазеры рентгеновского и гамма-диапазонов пока еще не созданы. Возможными активными средами могли бы быть возбужденные ядра атомов, которые могут испускать гамма-лучи. Для решения проблемы резонатора предложен принцип распределенной обратной связи. Поскольку в пороговое условие генерации (2.3) входит величина реализация таких лазеров, по-видимому, будет очень трудной задачей. [c.63] Вернуться к основной статье