СОг-лазер возбуждением (TEA)

Спектр неупругих столкновений значительно разнообразнее. Остановимся лишь на процессах, играющих важную роль в физике лазеров. Возбуждение активных частиц в электрическом разряде осуществляется в основном при их столкновении с электронами (электронным ударом) [c.77]

В гелий-неоновом лазере возбужденные атомы гелия в результате неупругих столкновений передают энергию атомам неона (рис. 90). В результате переходов между уровнями неона 4 к 3 возникает стимулированное излучение в видимой либо в близкой инфракрасной области спектра. Спонтанные переходы между уровнями 2 и 3 соответствуют желто-красному свечению неонового разряда. [c.129]

Хаотической волне, испускаемой тепловым источником, можно противопоставить весьма упорядоченное вынужденное излучение, испускаемое лазером. Возбужденные атомы или молекулы, находящиеся внутри резонатора, излучают синхронно, т. е. в унисон , упорядоченно и взаимозависимо. Такое излучение, которое будем называть просто лазерным, рассматривается в 4. [c.122]

Анализ экспериментов с цезием выявил значительный вклад связанных состояний в термодинамику плотной плазмы, что сделало необходимым расширение исследуемой области параметров и переход к экспериментам с другими химическими элементами. Такая задача потребовала существенного увеличения интенсивности ударных волн. Необходимые высокие параметры ударных волн удается получить с использованием конденсированных ВВ. Работа [29] является первым исследованием, где взрывная техника была применена непосредственно для фиксации ударной адиабаты газообразного аргона. Сходная техника затем использовалась в [30] для регистрации ударных адиабат воздуха атмосферного давления с последующим определением на этой основе энергии диссоциации азота. В серии последующих работ взрывные ударные волны в инертных газах и воздухе применялись как источник интенсивного оптического излучения для высокоскоростной фотографии, накачки лазеров, возбуждения детонации, изучения воздействия излучения на вещество, в спектроскопических исследованиях и т.п. [31]. Ввиду того что [c.348]

Примем для простоты, что лазер возбужден в единственной моде электромагнитного поля с частотой о- Тогда гамильтониан поля для этой моды равен [c.160]

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. 29.10. Интерференционный спектр тонкой структуры линии рассеяния в бензоле при комнатной температуре, возбужденный линией 632,8 нм излучения гелий-неонового газа лазера.

Для возбуждения генерации обычно пользуются импульсными газоразрядными лампами, дающими яркую световую вспышку длительностью порядка одной миллисекунды. Для возникновения генерации световая мощность, непосредственно используемая для возбуждения ионов хрома в 1 см рубина, должна составить около 2 кВт. Если лампа обеспечивает такую мощность возбуждения, то рубиновый лазер генерирует световой импульс с длительностью, несколько меньшей длительности свечения лампы. На экране, расположенном параллельно полупрозрачному зеркалу на торце рубинового стержня, можно увидеть ослепительно яркую [c.787]

Рис. 40.7. Поперечное сечение осветителя лазера с оптическим возбуждением.

Рассмотрим некоторые способы повышения мощности излучения импульсного рубинового лазера. Так, можно увеличивать длину и повышать качество рубинового кристалла, а также мощность его оптического возбуждения. Это дает несомненные положительные результаты и позволяет повысить мощность излучаемого импульса примерно на один порядок при неизменной его длительности. [c.789]

Выше неоднократно подчеркивалось значение резонатора для самовозбуждения генерации лазера. Генерация начинает развиваться, как только инверсная заселенность примет пороговое значение, определяемое потерями энергии в резонаторе. Поэтому целесообразно иметь большие потери на первом этапе освещения кристалла с тем, чтобы задержать начало развития генерации и накопить в освещенном кристалле более высокую концентрацию возбужденных ионов хрома. Можно расположить перпендикулярно пучку только одно зеркало, а другое зеркало или призму полного отражения (рис. 40.9) вводить в рабочее положение лишь после того, как будет достигнута высокая инверсная заселенность. [c.789]

Заканчивая описание лазеров с оптическим возбуждением кристалла, сделаем некоторые замечания общего характера относительно применения этого метода создания активной среды. [c.791]

Отметим, что в качестве рабочего элемента в лазерах описанного типа с оптическим возбуждением используется не только рубин, но и целый ряд других кристаллов, а также вещества в других состояниях (стекла, газы). [c.791]

Из сказанного в 229 должно быть ясно, что глубокая модуляция излучения лазера означает одновременное возбуждение многих типов колебаний резонатора, частоты которых отличаются на [c.811]

Для выяснения связи между столь своеобразной временной структурой светового пучка и свойствами возбужденных типов колебаний рассмотрим следующую схематизированную ситуацию. Пусть в лазере возбуждено N осевых типов колебаний с собственными частотами соу = Оц -К /2л/Т, / = О, I, 2,. .., N— 1, а начальные фазы фу = фп и амплитуды Лу А типов колебаний одинаковы. Тогда поле в какой-либо точке резонатора определяется суммой [c.812]

Электромагнитное поле, генерируемое лазером, зарождается из спонтанного излучения активной среды. Поэтому, хотя при возбуждении одного типа колебаний и формируется монохроматическое поле, его начальная фаза совершенно произвольна. Если возбуждается много типов колебаний, то их начальные фазы, как кажется на первый взгляд, не могут быть согласованными, так как они должны определяться различными спектральными компонентами случайного спонтанного излучения. Высказанная точка зрения предполагает, однако, независимость различных типов колебаний, т. е. основана на принципе суперпозиции, который несправедлив в области нелинейных явлений. В лазерах же нелинейные явления играют принципиальную роль (см. 225), вследствие чего типы колебаний в большей или меньшей степени должны влиять друг на друга, и может осуществиться их синхронизация. Специальные меры, способствующие реализации режима генерации сверхкоротких импульсов и упомянутые в начале параграфа, предназначены для усиления нелинейного взаимодействия типов колебаний. [c.814]

Изложенная схема процессов сильно упрощена, и существует целый ряд факторов, в той или иной мере затрудняющих развитие генерации. 1< числу мешающих факторов относится, например, фотохимическое разложение молекул красителя при высоких значениях освещенности, нагревание раствора, приводящее к безызлучательному затуханию возбужденного электронного состояния, и многие другие. Однако все эти препятствия устраняются специальными методами ), и генерацию удается осуществить с большим числом разных красителей (их насчитывается сейчас около 100) в импульсном и непрерывном режимах, в широкой области спектра (от 350,0 до 1000,0 нм) и с применением в качестве источников возбуждающего излучения ксеноновых газоразрядных ламп и лазеров. [c.817]

В данной главе мы изложили физические принципы, положенные в основу устройства оптических квантовых генераторов, разобрали некоторые их общие свойства и описали три типа лазеров — рубиновый, гелий-неоновый и лазер на красителях. Помимо указанных, существует большое число других лазеров, отличающихся по тем или иным свойствам, а именно способами возбуждения активной среды, спектральной областью, в которой находится излучение, мощностью, коэффициентом полезного действия, временными характеристиками и т. д. и т. п. [c.819]

Определить зависимость излучения лазера от времени при возбуждении N типов колебаний, эквидистантно расположенных в шкале частот и обладающих одинаковыми амплитудами. [c.910]

На явлении индуцированного излучения электромагнитных волн возбужденными квантовыми системами основана работа оптических квантовых генераторов (лазеров). Принцип работы лазера можно понять, рассматривая квантовые переходы между двумя энергетическими уровнями 2 и Е (E2>Ei). [c.316]

Возбуждение атомов в газовых лазерах обычно осуществляется с помощью электрического заряда. При этом в газе образуются ионы и свободные электроны, а поскольку они ускоряются электрическим полем, то приобретают дополнительную кинетическую энергию и в результате столкновения могут перевести нейтральный атом в возбужденное состояние. [c.288]

Одним из наиболее распространенных ионных лазеров является аргоновый лазер. Условия его возбуждения характерны для ионных лазеров, в которых верхний лазерный уровень заселяется благодаря двум последовательным столкновениям атомов аргона с электронами в электрическом разряде. При первом столкновении образуются ионы из нейтральных атомов, а при втором происходит возбуждение этих ионов, т. е. накачка представляет собой двухступенчатый процесс. Для того чтобы ионный лазер действовал эффективно, плазма газового разряда должна быть высокоионизированной. Такая плазма создается при использовании сильноточного дугового разряда. Газоразрядная трубка имеет малый диаметр (1—10 мм), что позволяет получать большие плотности тока в разряде (порядка сотен ампер на 1 см ). [c.290]

Среди молекулярных лазеров значительное место занимают газодинамические лазеры. Для генерации излучения в газодинамическом лазере предварительно нагретый газ очень быстро охлаждают путем приведения его в движение вплоть до сверхзвуковых скоростей. Принципиальная схема газодинамического лазера приведена на рис. 35.18. Вначале рабочий газ в нагревателе 1 нагревают до высокой температуры, затем он поступает в сопло 2, где ускоряется и охлаждается. При этом из-за различных скоростей дезактивации молекул с разным запасом энергии в газе может образоваться инверсия заселенностей уровней энергии, когда концентрация более возбужденных молекул превышает концентрацию менее возбужденных. Далее этот газ попадает в резонатор 3, состоящий из двух зеркал, параллельных потоку. В резонаторе часть энергии, связанная с инверсией заселенностей уровней, превращается в направленное когерентное излучение, которое выходит через] полупрозрачное зеркало 4, образуя лазерный луч 5. [c.292]

Известно, что квантовая теория поглощения света исходит из того, что явление возникает тогда, когда энергия квантов света, падающего на вещество, имеет величину, равную разности уровней энергии данного вещества к = Еп — Е1, где Е и Еп — энергии нижнего невозбужденного и верхнего возбужденного уровней соответственно. Здесь в каждом акте взаимодействия света и вещества поглощается один фотон и поэтому процесс является однофотонным. При облучении вещества очень мощными световыми потоками от лазеров, дающих большую плотность излучения, может иметь место поглощение нескольких фотонов в одном элементарном акте таким образом, чтобы выполнить условие Л Ат= п — ь В этом случае происходит многофотонное поглощение (рис. 36.6, а). Величина энергии каждого фотона здесь в N раз меньше энергии фотона, который поглощается в однофотонном акте. Многофотонные процессы поглощения могут происходить не только при наличии фотонов одного сорта, но и в том случае, если имеются фотоны различных энергий (рис. 36.6, б). Например, может происходить двухфотонное поглощение, удовлетворяющее уравнению hvl+hv2=En—El. [c.311]

Если возбуждение осуществляется при интенсивностях порядка 10 —10 Вт/см , что вполне достижимо с помощью современных мощных импульсных лазеров, то интенсивность рассеянного света увеличивается на много порядков. Кроме того, помимо линий первого порядка с частотами Vo v появляются и линии более высоких порядков с частотами vo 2vь vo Зv, . Наконец, индикатриса рассеянного света изменяется, становится более вытянутой в направлении распространения возбуждающего [c.312]

Следует отметить, что в фотодиссоционных лазерах возбуждение происходит в сравнительно широкой области спектра, тогда как ширина атомной линии излучения мала. [c.67]

В реальных условиях существует много способов создания кристаллах атом-вакансионных состояний путе№ приложения кристаллу полей механических воздействий. Однако суть их во ех случаях одна в кристалл закачивают избыточную энергию, кумулирующуюся в виде возбужденных атом-вакансионных )стояний. В дальнейшем она высвобождается в виде потоков де-ектов, которые могут быть стационарными в условиях давление июс сдвиг или импульсными при локальном давлении. Ситуация олностью эквивалентна лазеру с непрерывной ияи импульсной акачкой энергии, только вместо излучения световой энергии лазере возбужденные области кристалла являются источниками этоков непрерывных или импульсных дефектов. [c.19]

В середине 70-х годов в СССР и США были созданы СОг-лазеры высокого давления (десятки атмосфер), получившие название электроионизационных [13]. Существенное повышение давления активной среды потребовало принципиального усложнения системы накачки. В таком лазере возбуждение молекул осуществляется в два этапа. На первой стадии активное вещество облучается мощным электронным пучком от специального ускорителя электронов. Высокоэлектронные пучки пронизывают активную среду и, сталкиваясь на своем пути с молекулами газа, ионизируют последние, т. е. порождают вторичные электроны по всему объему. Такая предварительная ионизация создает условия для последующего зажигания разряда в плотной газовой среде также равномерно по всему объему. [c.34]

Можно показать, что общий вклад всех излучающих атомов имеет тот же самый спектр мощности, что и отдельный излучатель, несмотря на то что фазовые соотношения фурье-компоненг частотного спектра случайны. Спектральная ширина связана с временем излучения соотношением неопределенностей. Время спонтанного излучения, или время релаксации, типичного атомного уровня по порядку величины равно 10 сек, а соответствующая спектральная ширина порядка 10 гц. В лазерах возбужденные атомы вынужденно излучают в фазе, так что в рубиновых лазерах длительность эффективных волновых цугов оказывается порядка 10" сек, а в газовых лазерах — порядка 10" сек. Соответствующая спектральная ширина равна 10 и 10 гц. [c.363]

Генерацию в УФ (0,2—0,4 мкм) области спектра получают на переходах между электронными состояниями устойчивых молекул, а также на переходах с возбуждённого устойчивого верхнего в нижнее неустойчивое электронное состояние неустойчивых молекул типа димеров инертных газов или димеров атом инертного газа — атом галогена (атомы могут объединяться в такие молекулы только в возбуждён-лом состоянии, см. Эксимерные лазеры). Возбуждение активной среды осуществляется в импульсном электрич. разряде или с помощью пучка быстрых эл-нов. Эти Г. л. используются в физ., хим. и биол. исследованиях, ф Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 1, М., 1978 К а р-л о л Н. В., К о н е в Ю. Б., Мощные молекулярные лазеры. М., 1976 Г о р д и е ц Б. Ф., Осипов А. И., Ш е л е п и н Л. А., Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М., 1980. [c.105]

Процессы неупругих С. а. весьма разнообразны. Перечень не упругих процессов, к-рые могут происходить в газе или слабоионизов. плазме, приведён в таблице. В различных лаб. условиях и явлениях природы гл. роль играют те или иные отдельные неупругие процессы соударения ч-ц. Напр., излучение с поверхности Солнца обусловлено б, ч. столкновениями между эл-нами и атомами водорода, при к-рых образуются отрицат. ионы водорода (табл., п. 26). Осн. процесс, обеспечивающий работу гелий-неонового лазера (см. Газовый лазер),— передача возбуждения от атомов гелия, находящихся в метастабильных состояниях, атомам неона (табл., п. 6) осн. процесс в электроразрядных молекулярных газовых лазерах — возбуждение колебат. уровней молекул электронным ударом (табл., п. 3) в результате этого процесса электрич, энергия газового разряда частично преобразуется в энергию лазерного излучения. В газоразрядных источниках света осн. процессами являются в т. н. резонансных лампах — возбуждение атомов электронными ударами (табл., п. 2), а в лампах высокого давления — фоторекомбинация эл-нов и ионов (табл., п. 24). Спиновый обмен (табл., п. 7) ограничивает параметры квантовых стандартов частоты, работающих на переходах между состояниями сверхтонкой структуры атома водорода или атомов щелочных металлов (табл., п. 9). Различные неупругие процессы С. а. с участием свободных радикалов, ионов, эл-нов и возбуждённых атомов определяют мн. св-ва атмосферы Земли. Мак-Даниель И., Процессы столкновений в ионизованных газах, пер. с англ.. М., 1967 Смирнов Б. М., Атомные столкновения и элементарные процессы [c.725]

Для сварки также часто применяют газовые лазеры, рабочим телом которых является смесь газов. Такие лазеры возбуждаются электрически51 разрядом. Типичной конструкцией такого лазера является заполненная смесью газов трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами непрозрачным и полупрозрачным (рис. 89, б). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые переводят газовые молекулы на возбужденные уровни. Возвращаясь в основное состояние, эти молекулы образуют кванты света совершенно так же, как и в твердотельном лазере. [c.167]

Установка состоит из рабочего тела /, лампы накачки 2, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества-излучателя. Полученное излучение фокусируется и направляется с помощью оптической системы 3 на свариваемое изделие 4. Мощность твердотельных лазеров невелика — 0,015—2 кВт. Газовые лазеры обладают более высокой выходной мощностью, работают в непрерывном и импульснсш режимах и по своим технологическим возможностям становятся конкурентно-способными с электронно-лучевой сваркой. [c.17]

Ячейки Керра применяются и в лазерной технике при генерации гигантских импульсов . Для этой цели затвор Керра помещается между одним из зеркал резонатора и торцом рубина. При включении ячейки Керра самовозбуждение затрудняется, что приводит к увеличению разности заселенности уровней (т. е. возбужденных атомов), необходимых для возникновения генерации. Затем, выключив ячейку Керра, можно получить мощ1юе излучеиие — гигантские импульсы . Например, используя ячейку Керра, можно заставить вьтсветиться импульс света с энергией К) Дж, генерируемый в твердотельном лазере за время порядка 10 с при этом высвечивается мощность 10 Вт = 1 ГВт. [c.292]

Ввиду сравнительной малости величины довольно трудно за]зегистрировать четвертую гармонику. Поэтому исследователям для ее возбуждения пришлось использовать мощные импульсы длительностью порядка 10 пс, полученные с помощью так называемого лазера синхронизации мод. Тщательно проведенные опыты С. А. Ахманову и сотрудникам позволили не только зарегистрировать четвертую гармонику, но и измерить величину нелинейной восприимчивости Знание величин восприимчивостей кроме технической нужды квантовой электроники также позволяет проверить правильность теории моделей, на основе которых рассчитываются эти восприимчивости. [c.394]

Некоторые анизотропные кристаллы, облучаемые светом с длиной волны переизлучают свет с большими длинами волн (т. е. с мепыпими частотами). Например, кристалл ниобата лития, освещенный аргоновым лазером (Хо 5000 А), светится зеленым, желтым н красным светом в шггервале длин воли 5500—7500 А ji, кроме того, излучает инфракрасные волны (А,2 = 15 ООО—40 ООО А). Подобное рассеяние света называется параметрическим рассеянием или параметрической люминесценцией. Параметрическая люминесценция прекращается сразу же (через несколько периодов световых колебаний) после выключения источника возбуждения — лазера, поэтому правильнее использовать термин параметрическое рассеяние . [c.410]

В 1954 г. вьп1ужденное излучение было обнаружено Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и независимо Таунсом в микроволновой области спектра и использовано для создания мазера, а в 1960 г. появились первые лазеры, которые генерировали в видимой области. Во всех этих сисггемах исгюльзуется тот или иной способ дополнительного (неравновесного) заселения генерирующих уровней — оптическая накачка, избирательное электронное возбуждение и др. [c.430]

Многофотонное возбуждение молекул требует очень мощного излучения (10 МВт/см и более) и стало возможным только после создания лазеров. Монохроматичность лазерного света позволяет также до известной степени управлять фотохимическими реакциями. Дело в том, что для протекания многих реакций важно возбудить какую-то определенную степень свободы молекулы или небольщую их группу. При нагревании в силу закона равного распределения энергии возбуждаются все степени свободы. В противоположность этому, освещение монохроматическим светом позволяет воздействовать на ту степень свободы, которая активна в смысле интересующей нас химической реакции. Таким способом удается, например, осуществлять реакции, которые при общем нагревании не возникают из-за наличия других реакций, обладающих меньшей энергией активации. Изменением интенсивности облучения реагирующей смеси можно контролировать скорость протекания химических процессов и т. п. [c.669]

Оптические квантовые генераторы оказали и, несомненно, будут оказывать в дальнейшем значительное влияние на развитие оптики. Изучение свойств самих лазеров существенно обогатили наши сведения о дифракционных и интерференционных явлениях (см. 228—230). Распространение мощного излучения, испущенного оптическим квантовым генератором, сопровождается так называемыми нелинейными явлениями. Некоторые из них — вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, вынужденное рассеяние крыла линии Рэлея и вынужденное температурное рассеяние — описаны в главе XXIX выше упоминались также многофотонное поглощение и многофотонная ионизация (см. 157), зависимость коэффициента поглощения от интенсивности света (см. 157), нелинейный или многофотонный фотоэффект (см. 179), многофотонное возбуждение и диссоциация молекул (см. 189), эффект Керра, обусловленный электрическим полем света (см. 152) сведения о других будут изложены в 224 и в гл. ХК1. Совокупность нелинейных явлений составляет содержание нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии, которые сформировались в 60-е годы и продолжают быстро развиваться. [c.770]

Для создания активной среды необходимо селективное возбуждение ее атомов, обеспечивающее инверсную заселенность хотя бы одной пары их энергетических уровней. Возможны различные способы создания -инверсной заселенности. Поскольку в предшествующем изложении подробно обсуждались процессы излучения и поглощения света, начнем с описания оптического метода селективного возбуждения атомов среды ). Примером оптического квантового генератора, в котором используется оптический метод возбуждения, может служить рубиновый лазер. Отметим, что этот генератор был исторически первым квантовым генератором, излучающим в видимой области спектра (Мейман, 1960 г.). [c.784]

Неодимовые лазеры — это лазеры, в которых активным элементом является либо кристалл Y3AI5O12 (обычно называемый YAG), где часть ионов иттрия Y + замещена ионами неодима Nd +, либо оптическое стекло, активированное ионами неодима. Упрощенная схема энергетических уровней неодима в кристаллах иттрий-алюми-ниевого граната приведена на рис. 35.14. В отличие от рубинового лазера, работающего по трехуровневой схеме, неодимовый лазер работает по четырехуровневой схеме. До возбуждения подавляющее число частиц находится на исходном уровне Накачка осуществляет- [c.287]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...