Азот, молекулярный лазер

Азот, молекулярный лазер 379 [c.549]

Молекулярные лазеры работают на переходах между колебательно-вращательными уровнями молекулы. Примером такого лазера может служить лазер на смеси углекислого газа, азота и гелия. Генерация происходит между колебательными уровнями молекулы СОг, тогда как присутствие молекул N2 и атомов Не значительно повышает коэффициент полезного действия лазера. [c.291]

Впервые генерация на молекулярном лазере, в качестве активного элемента которого использовался углекислый газ (СО2), была получена в апреле 1964 г. на 20 линиях с общей мощностью порядка 1 мВт. Добавление азота позволило увеличить мощность излучения до 16,2Вт при к. п. д. около 4 %. Дальнейшее увеличение длины активной среды и добавление гелия позволили довести мощность С02-лазера до сотен киловатт при к.п.д., достигающем 30 %. В связи с этим С02-лазер в настоящее время широко применяется как в технологии, так и в научных исследованиях. [c.115]

Молекулярный лазер на двуокиси углерода (СОа-лазер). Молекулярные лазеры на двуокиси углерода позволяют получать высокие мощности в непрерывном режиме (до 10 кВт и выше), они характеризуются исключительно высокими значениями КПД (до 40%). Активная среда СОг-лазера—смесь нескольких компонентов двуокиси углерода, молекулярного азота и различных добавок (гелий, пары воды и др.). Активные центры — молекулы СОа, излучающие на переходах между колебательными уровнями основного электронного состояния. Азот играет роль буферного газа, молекулы которого резонансно передают энергию возбуждения молекулам СОг. Для возбуждения СОа-лазеров обычно применяют тлеющий разряд используется также импульсный разряд. [c.53]

Широкая гамма мощных лазеров. Любая молекула состоит из некоторого числа атомов (например, 2 у азота, 3 у углекислого газа), каждый из которых состоит в свою очередь из ядра и электронов. Эта система обладает дискретными уровнями энергии, соответствующими как движению ядер, так и движению электронов. Существуют молекулярные лазеры, использующие оба эти класса уровней, но их действие и способы возбуждения существенно разнятся. Действительно, длины волн, соответствующие переходам между ядер-ными уровнями, заключены в интервале 2,5—400 микрон, тогда как излучение при переходах между электронными уровнями дает длину волны от ближнего инфракрасного света (1 микрон) до дальнего ультрафиолета (<1200 ангстрем). Мы будем говорить сначала о лазере первого типа, единственном, заслужившем к настоящему времени имя мощного лазера. Второй тип будет рассматриваться при обсуждении коротковолновых лазеров. [c.36]

Рис. 5. Уровни энергии системы 02-Ns. Здесь представлены только важные с точки зрения создания инверсии населенности уровни. Эта инверсия образуется между колебательными уровнями 3 и I на рисунке. Верхний уровень населяется одновременно за счет прямого электронного возбуждения и особенно за счет резонансного перехода энергии с первого колебательного уровня азота. Этот уровень обладает достаточно долгим временем жизни, и таким образом азот служит настоящим резервуаром энергии, что делает эту систему особенно интересной. Ее квантовый кпд порядка 40%, а эффективный — 30%, что объясняет интерес к молекулярным лазерам, работающим на газовых смесях. Для иллюстрации на рисунке представлены движения молекулы СОг, соответствующие различным модам колебаний.

Все более важное значение приобретают в последнее время молекулярные лазеры непрерывного действия и особенно лазеры на смеси углекислого газа с азотом. Длина волны излучения 10,6 или 9,6 мкм. Вынужденное испускание происходит между колебательными уровнями молекулы СОг. Примесь азота способствует повышению мощности генерации. Колебательные уровни азота легко возбуждаются прн столкновении с электронами. Затем осуществляются столкновения возбужденных молекул N2 с молекулами СО2, передача им энергии возбуждения и образование инверсии. [c.30]

Наибольшую мощность и к.п.д. имеют газовые лазеры, генерирующие колебания на молекулярных переходах. Типичный представитель этой группы — лазер на углекислом газе. Молекула СО2 возбуждается электронными ударами в газовом разряде, причем для увеличения мощности к СО2 добавляют молекулярный азот N2. Выходная мощность возрастает благодаря резонансной передаче энергии от возбужденных молекул N2 молекулам СО2. Отношение парциальных давлений СО2 и N2 обычно выбирается в пределах 1 1...1 5 при суммарном рабочем давлении в несколько сотен паскалей. [c.122]

Рис. 34.7. Схема кривых потенциальной энергии и колебательных уровней лазера на молекулярном азоте в системе Nj+Ar [1]. Вертикальная стрелка из основного состояния 0 = 0 вверх соответствует переходам при электронном возбуждении. Горизонтальная стрелка обозначает передачу энергии возбуждения с уровней аргона на верхний рабочий уровень азотного лазера Тц — радиационное время жизни рабочего состояния

Мощность лазера была резко увеличена при добавлении к СО 2 молекулярного азота Nj. Возрастание выходной мощности объясняется резонансной передачей энергии от возбужденных молекул N2 молекулам СО2. Возбуждение молекул N3 в электрическом разряде ударами электронов весьма интенсивно почти 30% от полного их числа переходит на долгоживущий уровень, энергия которого совпадает с верхним рабочим уровнем молекулы СО2, поэтому столкновения второго рода между возбужденными молекулами N2 и невозбужденными молекулами СО2 оказываются весьма эффективными при осуществлении инверсии. Соотношение парциальных давлений СО2 и N2 в лазере обычно берется в пределах от 1 1 до 1 5. Суммарное рабочее давление несколько миллиметров ртутного столба. [c.45]

В процессе резонансного поглощения лазерного излучения ИК-Диапазона молекулярными газами атмосферы происходит перераспределение молекул по энергетическим уровням внутренних степеней свободы. Изменяется коэффициент поглощения газа за счет насыщения поглощения [42]. Изменение заселенностей уровней смеси газов приводит к нарушению термодинамического равновесия между колебаниями молекул и их поступательным движением, в результате чего происходит кинетическое охлаждение среды [35]. Образование и накапливание возбужденных молекул азота вследствие резонансной передачи возбуждения от молекул СО2 приводит к изменению поляризуемости среды [16]. Все эти эффекты, возмущая комплексную диэлектрическую проницаемость среды, способны существенно преобразовать энергетику импульсов ИК-лазеров в атмосфере [64]. [c.15]

Ныне известно много газов, прекрасно зарекомендовавших себя в качестве рабочего вещества лазеров. Это прежде всего благородные газы неон, аргон, ксенон. Применяются также и пары ртути, цезия и молекулярный азот. [c.104]

В эксперименте [47] сверхзвуковая струя создавалась при истечении азота из резервуара высокого давления ( ро =28 атм) в кювету с остаточным давлением 2 мм рт.ст. через цилиндрический канал диаметром D = = 100 мкм. Сечение струи и геометрия возбуждения и зондирования молекулярных колебаний показаны на рис. 4.40. Временная диаграмма нестационарной спектроскопии КАРС в этом эксперименте соответствует рис. 4.19. Для возбуждения использовались одиночные пикосекундные импульсы лазера на Nd YAG (Xi = 1,06 мкм, Тр = 40 пс) и параметрического генератора света ( 2 = мкм, Тр = 20 пс, ширина линии генерации Асо = 30 см ). Зондирование когерентных колебаний осуществлялось импульсами второй гармоники (X = 0,53 мкм, = 30 пс). Для повышения [c.289]

Из молекулярных лазеров широкое применение получил лазер на углекислом газе (СОз). Активной средой является смесь 02( 100 Па) и азота (s=i500 Па), активным веществом является Oj (длина волны излучения 10,6 мкм) Мощность современных лазеров на Oj достигает десятков киловатт, к, п. д. ж 10—20%. [c.341]

Рис. 2. Мощный молекулярный лазер. На втой фотографии инфракрасное излучение лазера с длиной волны 10,6 микрон, входящее в систему справа, усиливается при прохождении через 4 лазера типа TEA работающих на смеси азота с углекислым газом при атмосферном давлении. Исходный луч образуется в лазере (на фотографии его не видно), конструкция которого аналогична секциям усилителя, во работающем в режиме генерации, благодаря зеркалам. После фокусировки вогнутым веркалом (слева) влектрическое поле луча достаточно для образования пробоя воздуха (искра). Эта цепочка усилителей выдает знергию 20 джоулей за 60 наносекунд, т. е. пиковую мощность порядка 330 нвг/еея, и используется в экспериментах по получению управляемой термоядерной реакции.

Изящное решение проблемы возбуждения дается использованием распространяющейся волны, в которой возбуждение распространяется со скоростью света таким образом, что инверсия населенности создается с той же скоростью, с какой она разрушается за счет вынужденного излучения. Полученное усиление настолько сильно, что не возникает необходимости в резонаторе — лазер действует в ультрафиолетовой области. Молекулярный лазер на азоте, который, видимо, первый заработал на электронных перехода в молекулах, использует теперь этот принпип и дает несколько линий в близком ультрафиолете в окрестности 3371 А. Другое решение в области коротких волн — использование пучка высокоэнергетических электронов с энергией порядка l- 2 Мэе, которые осуществляют одновременно возбуждение и ионизацито газа (энергии, необходимые для обоих процессов, близки и составляют 10- 20 эв). На водороде с использованием обоих этих методов был установлен рекорд наименьшей наблюденной длины волны вынужденного излучения в полосе излучения Вернера (Я, = 1161 А) (рис. 9). Полученная пиковая мощность довольно [c.41]

Разделение кремниевых пластин можно осуществлять с помощью лазера на молекулярном азоте. Небольшая мощность лазера делает нецелесообразным его использование для сквозной разделки кремния, но применение этого лазера для скрайбирова-ния представляет определенный интерес. В работе [135] показано, что при частоте следования импульсов 100 Гц, средней мощности излучения 1,2 мВт, диаметре светового пятна 15 мкм и скорости перемещения образца 2 мм/с глубина реза составляет 5— 10 мкм за один проход. Скрайбирование всей пластины требует [c.173]

В качестве примера химического лазера такого типа рассмотрим схему HF-лазера (рис. 4.15). Образование атомарного фтора в нем осуществляется в процессах диссоциахщи при смешивании SFe с нагретым до температуры свыше 2000 К буферным газом (азотом или гелием). При подаче в поток, содержащий атомарный фтор, молекулярного водорода начинается эффективное протекание реакций замещения с образованием возбужденных молекул HF. Попадая в оптический резонатор, эти молекулы испускают лазерное излучение. Достигнутая в настоящее время эффективность преобразования химической энергии в излучение в системах такого типа может составлять 12%. Мощность излучения химических [c.155]

ЮТ ультрафиолетовый и рентгеновский участки диапазона спектра частот. Однако первый освоен крайне слабо. Создана часть приборов на аргоне, криптоне и азоте.. Онн излучают в диапазоне волн 0,29...0,33 мкм и имеют очень незначительную мощность. Лишь работы последнего времени показали, что могут быть созданы и лазеры высокой мощности [14]. Для этого пригодны так называемые эксимерные лазеры на аргоне, криптоне и ксеноне. Эти инертные газы устойчивы только в виде одноатомных молекул. Однако некоторые возбужденные состояния Агг, Кгг, Хег могут образовывать связанные состояния, они-то и получили название эксимеров (молекула, устойчивая в возбужденном состоянии,.не связанная в основном состоянии). Эксимеры инертных газов при высоком давлении испускают молекулярное излучение в области вакуумного ультрафиолета и обладают высоким коэффициентом преобразования кинетической энергии в световое излучение. Возбуждение происходит при взаимодействии с быстрыми электродами. На рис. 16 показана последовательность реакций, происходящих в экси-мерном лазере на Хег. Верхнее возбужденное состояние лазерного перехода возникает в результате сложной последовательности соударений, в которой участвуют ионы Хе, Хеа, атомы Хе, молекулярные эксимеры Хег и свободные электроны [c.42]

В ряде лидаров возбуждение спектров КР осуш,ествля-лось лазерами на молекулярном азоте, который излучает на длине волны 337,1 нм. Типичные образцы такого лазера генерируют импульсы длительностью 10 нс с частотой следования до 300 Гц и мош,ностью в одном импульсе порядка 100 КВт. В настоящее время уже созданы азотные лазеры с пиковой мощностью порядка нескольких мегаватт. В последние годы начали часто использовать в лидарах лазеры на второй 532 нм) и четвертой (Я = 266 нм) гармониках излучения лазера на алюмоиттриевом гранате с неодимом. Типичная длительность импульса излучения таких лазеров 10... 25 не, а мощность — несколько мегаватт. [c.222]

Создание перестраиваемых лазеров на органических красителях [137] открыло возможность возбуждения определенных атомных и молекулярных электронных переходов и, таким образом, использования резонансного рассеяния и дифференциального поглощения в дистанционном зондировании. Как следует из табл. 5.1, выпускаемые перестраиваемые лазеры на органических красителях перекрывают диапазон длин волн от ближней УФ- до ближней ИК-области. Инверсия населенностей создается в красителе при оптической накачке с помощью лампы-вспыщки или другого лазера. При импульсной работе для накачки используются лазеры на азоте, N(1 — ИАГ или эксимерные лазеры на галидах инертных газов в непрерывном режиме накачка осуществляется хорощо сфокусированным аргоновым лазером. [c.253]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...