Методы накачки газовых лазеров

МЕТОДЫ НАКАЧКИ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ [c.91]

Специфика газов, как рабочей среды лазеров, проявляется и в многообразии различных методов возбуждения газовых лазеров и в механизмах создания инверсной заселенности. Основные методы возбуждения газовых лазеров — это электрический (газовый) разряд, газодинамическая, химическая и оптическая накачки и электронно-лучевое возбуждение. [c.40]

Способы создания инверсной заселенности активных частиц зависят не только от конкретной схемы уровней и свойств этих частиц, но и от свойств других компонент активной среды, называемой рабочим телом лазера. В качестве рабочих тел современных технологических лазеров с успехом используются газовые смеси, а также различные конденсированные среды кристаллы, стекла, полупроводники и жидкости. Наибольшее распространение в лазерных системах получили оптический, газоразрядный, газодинамический и химический методы накачки. [c.33]

Одним из основных требований, предъявляемых к любому методу накачки лазеров, является однородное, а в случае непрерывной генерации и стабильное во времени возбуждение рабочего тела. Это означает, что используемая в качестве активной среды плазма газового разряда должна быть не только по возможности однородна, но и устойчива относительно всегда присутствующих в реальных условиях флуктуаций различных параметров. В определенных ситуациях эти вначале малые, случайные флуктуации могут начать нарастать необратимым образом, в результате чего плазма переходит в новую, так называемую неустойчивую фазу, характеризующуюся неоднородным распределением в пространстве концентраций частиц, плотности тока, электрических полей, плотности выделяемой энергии и других параметров. [c.84]

Разнообразие свойств активных веществ в газовых лазерах, отличающихся зарядом, составом, структурой уровней и т. д., естественно, приводит к большому числу возможных механизмов получения инверсной заселенности и требует различных способов возбуждения активной среды. Все это делает невозможным введение достаточно простой, но в то же время всеобъемлющей системы классификации газовых лазеров. В таб. 4.1 дан упрощенный вариант классификации тех газовых лазеров, которые уже нашли применение в технологии или по достигнутому уровню своих параметров могут представлять для нее интерес. Место лазера в этой таблице определяется особенностью рабочих уровней и способом возбуждения активной среды. В настоящее время наибольшее распространение нашли газоразрядный, газодинамический и химический методы накачки. [c.116]

С точки зрения единообразия механизмов инверсии и методов накачки лазеры классифицируют по типу фазового состояния активного вещества. Газовые лазеры — на нейтральных и ионизованных атомах, молекулярные газовые лазеры твердотельные — на ос- [c.672]

Для накачки молекулярных газовых лазеров используются самые различные методы электрический разряд, оптическая, химическая и другие виды накачки. За- [c.718]

Особенности газовых лазеров большей частью обусловлены тем, что они в подавляющем большинстве случаев являются источниками излучения, использующими атомные или молекулярные спектры люминесценции. Длины волн переходов, как правило, точно известны и практически не зависят от окружающей среды. Поскольку система энергетических уровней свободных атомов сравнительно проста, то правила отбора обычно хорошо соблюдаются и поэтому характер безызлучательных переходов достаточно хорошо изучен. Кроме того, в газовых смесях можно многообразными методами создавать инверсную населенность. Эти механизмы возбуждения и опустошения позволяют реализовать генерацию при малых значениях мощности накачек. [c.92]

Метод оптической накачки для газовых лазеров менее эффективен, чем для твердотельных. Во-первых, это связано с тем, что ширина полос поглощения у газов при рабочих давлениях в лазере определяется главным образом (Ян 300 нм) доплеровским уширением и поэтому полосы весьма узки, в отличие от широких полос в твердотельных лазерах. Поэтому попасть в резонанс труднее. Во-вторых, этим методом можно возбуждать только уровни, имеющие четность, противоположную четности основного состояния, поскольку для эффективного оптического возбуждения необходимо, чтобы между основным и возбужденным состояниями был разрешен дипольный переход. Лазерный переход также является дипольно разрешенным, поэтому нижний уровень рабочего (лазерного) перехода должен быстро обедняться за счет безызлучательных переходов в основное состояние. Такая ситуация редко реализуется в газах. И третье неудобство заключается в том, что, как правило, резонансные линии большинства газов находятся в вакуумном ультрафиолете, а в этой области, как известно, практически отсутствуют материа- [c.101]

Члены источника в уравнениях Максвелла, которые в классическом описании отвечают осциллирующим атомным диполям, представляются квантовомеханическими средними. Учитываются также процессы накачки и высвечивания атомов. Получающиеся в результате сцепленные уравнения нелинейны и требуют специальных методов решения. Такая теория была развита мной в 1962 г. и в дальнейшем совершенствовалась мной и моими сотрудниками. Эта теория, а она будет подробно изложена в книге, позволяет рассматривать многомодовую задачу как в твердотельных, так и газовых лазерах. Она дает возможность понять, в каких условиях [c.28]

Типы газоразрядных лазеров. Для возбуждения газовых лазеров широко применяется метод накачки, использующий самостоятельный электрический разряд в активной среде. Такие лазеры принято называть газоразрядными ). Они работают на весьма разреженных газовых средах давление газа составляет примерно 1—10 мм рт. ст. [c.44]

Так как при возбуждении, а также и при измерении часто требуется резонансное взаимодействие между светом и объектом воздействия, то необходимо иметь возможность выбора подходящей длины волны импульсного излучения. Излучение многих лазеров, таких, как рубиновые, на стекле с неодимом и на ЛИГ Nd, газовые, может перестраиваться лишь в узком диапазоне длин волн. Напротив, благодаря широкой линии люминесценции соответствующих органических молекул излучение лазеров на красителях может перестраиваться в более широком диапазоне длин волн, примерно в пределах 100 нм. Выбор нескольких красителей и их последовательное применение в качестве активной среды позволяют перекрыть весь видимый диапазон длин волн (см. гл. 2). Однако для возбуждения электронных, колебательных и вращательных уровней различных веществ требуется излучение в диапазоне от ультрафиолетовой до инфракрасной частей спектральной области. Для этого используются разнообразные методы преобразования частоты, применение которых позволяет преобразовать импульс со средней частотой 0)0 в подобный импульс со средней частотой ш. Специальный метод преобразования частоты уже был описан в связи с рассмотрением генерации импульсов посредством синхронной накачки лазера на красителе. Изменение частоты первичного излучения происходит при этом в результате двухфотонного процесса, разделяющегося на следующие этапы после поглощения фотона с высокой энергией излучается фотон с малой энергией. Разность энергий фотонов выделяется в виде тепла и передается люминесцирующим молекулам. При этом преобразовании одновременно существенно уменьшается длительность импульсов. [c.272]

Как возбуждается среда лазера Существует несколько возможных способов, зависящих от устройства лазера и свойств активной среды. Газовый или твердотельный лазер могут возбуждаться при прохождении через них тока, при бомбардировке их электронами или при их освещении. Хотя не существует никакой фундаментальной причины для предпочтения одного из этих методов, до сих пор в жидких лазерах используется лишь последний метод, называемый оптической накачкой (рис.1) [c.45]

Заключение. Основываясь на сегодняшнем уровне развития физики и технологии мощных лазеров, главными кандидатами на роль драйвера промышленной энергетической установки на основе ИТС следует считать твердотельный лазер на неодимовом стекле и газовый КгР-лазер. Основными проблемами, которые должны быть решены при развитии этих типов лазеров до уровня реакторного драйвера, являются для Nd-лазера — разработка и создание достаточно дешевой и надежной техники светодиодной накачки активной среды лазера (или развитие других методов решения проблем низкого КПД и частотного режима работы лазера) для КгР-лазера — принципиальное решение проблемы увеличения ресурса работы лазера. [c.27]

Классификация лазеров с учетом различных методов накачки. Традиционно лазеры классифицируют по типу активной среды, распределяя их по четырем основным группам газовые, жидкостные, твердотельные, полупроводниковые. Более точная классификация должна учитывать не только тип активной среды, но и используемый метод накачки. Подобная классификация приводится на рис. 1.3 ). В схеме на рисунке указываются типы накачки оптическая, с использованием самостоятельного электрического разряда, электроионизационная, тепловая, химическая, рекомбинационная. Эти типы накачки отмечались выше при перечислении физических механизмов возбуждения. Надо, однако, иметь в виду, что вопросы создания инверсии должны рассматриваться с учетом не только процессов возбуждения, но и процессов релаксации энергетических уровней. [c.15]

Высокая степень когерентности лазерного излучения позволяет использовать помехоустойчивые методы модуляции — частотную, фазовую и поляризац. модуляцию. Известны системы О. с. с применением поляризац. мо-цуляции излучения непрерывных газовых лазеров (лазер Не — N6 с X = 0,63 мкм и СО -лазер с А, = 10,6 мкм) для передачи как аналоговой, так и цифровой информации. Для передачи последней наиб, удобна импульсная модуляция интенсивности полупроводниковых лазеров током. накачки. [c.441]

Применение. С. у. служат гл. обр. для нагрева плазмы, создания с помощью полей пучка магнитных ловушек и для сжатия микромишеней в системах УТС с инерциальным удержанием плазмы. Кроме того, пучки, создаваемые С. у., используются для генерации сверхмощных импульсов СВЧ-колебаний в диапазоне от субмиллиметровых до дециметровых волн, для накачки химических лазеров и газовых лазеров высокого давления, в коллективных методах ускорения ионов и т. д. [c.505]

Своеобразный характер в случае газовых активных сред приобретает такой общий метод создания инверсии, как оптическая накачка. В силу малой плотности газов их резонансные линии поглощения узки. Поэтому оптическая накачка может быть эффективна, если источник накачки достаточно монохроматичен (обычно используются лазерные источники). При электроннолучевом возбуждении газовых сред происходит ионизация газа электронами высокой энергии. Основное преимущество электронного пучка связано с его высокой проникающей способностью, что позволяет вводить значительную энергию в активную среду с большим давлением. Электронный пучок в газовых лазерах может выполнять различные функции. Чаще всего его используют для создания объемнооднородных газовых разрядов. Однако пучок электронов можно использовать и непосредственно для создания инверсной заселенности в газовых системах. Поскольку основная часть энергии, теряемой быстрыми электронами в газе, расходуется на ионизацию атомных частиц, то наиболее эффективные механизмы преобразования энергии пучка в энергию возбу- [c.42]

Как и раньше, усиление можно определить методом максимальных потерь, измеряя вводимые потери, при которых генерация начинает исчезать. Но в импульсных газовых лазерах усиление зависит одновременно от плотности тока и от давления и может изменяться на протяжении импульса (даже если амплитуда импульса тока постоянна, что бывает очень редко). Таким образом, хотя потери, при которых начинается лазерное действие, легко определить, гораздо больше сведений дают исследователю динамические характеристики разряда. В тех импульсных газовых лазерах, в которых инверсия происходит во время импульса тока, в отличие от лазеров, в которых генерация происходит в период послесвечения разряда (после того, как прекратился импульс тока), и в отличие от самоограничивающихся газовых лазеров, которые генерируют импульсы наносекундной длительности, можно измерять ослабление, при котором луч лазера пропадает в какой-то момент времени в пределах токового или оптического импульса накачки [21—23]. Осциллограф, регистрируюихий выходной сигнал приемника в зависимости от токовой или оптической накачки, позволяет определить ток или [c.243]

Усиление любого лазера обычно меняется по диаметру активной среды, причем оно максимально в центре трубки и спадает к краям. В газовых лазерах характеристика усиления более однородна и воспроизводима, тогда как в твердотельных лазерах с оптической накачкой усиление сильно зависит от геометрии оптической накачки и может заметно меняться как при замене ламп-вспышек, так и при перемещении самого лазерного стерлсня. В твердотельных лазерах изменение усиления на протяжении одного импульса лучше всего изучать фотометрическим методом. Здесь мы рассмотрим только вопрос об исследовании радиального изменения усиления в случае газовых лазеров. Очевидно, что теми же методами можно исследовать твердотельные лазеры непрерывного действия. [c.248]

При этом мы не будем рассматривать суш,ествуюш,ие на сегодняшний день многомодовые твердотельные лазеры с оптической накачкой, ибо они нам кажутся непригодными для применения в линиях связи. Как импульсные, так и непрерывно ра-ботаюш,ие твердотельные лазеры часто испускают излучение в виде пичков, характер которых определяется активной в данный момент модой. Разность частот двух мод, зависяш,ая от изме-няюш,ихся во времени размеров кристалла и показателя преломления, обычно попадает в СВЧ-диапазон. Поскольку выходной сигнал твердотельного лазера многомодовый, после детектирования он будет содержать очень сложные произведения перекрестной модуляции. В принципе от многомодового характера излучения твердотельных лазеров можно избавиться, пользуясь известными методами селекции мод. Но при этом резко падает выходная мош,ность лазера, а к. п. д. оказывается настолько низким, что такой прибор уже не мол ет конкурировать с ионными газовыми лазерами непрерывного излучения. [c.454]

Специфические свойства оптической накачки. Оптическая накачка предполагает юзбуждение активных центров при поглощении активной средой излучения от некоторого специального источника света. Метод оптической накачки широко применяется в различных типах твердотельных и жидкостных лазеров он используется также в газовых лазерах. [c.21]

Другим лазерным источником излучения, который легко можно из-говить в виде, пригодном для использования в оптической связи, является четырехуровневый газовый лазер на углекислом газе, работающий на длине волны 10,6 мкм. Как и в большинстве газовых лазеров, верхний лазерный уровень заселяется прямо или косвенно за счет электронного возбуждения в газовом разряде. При низких давлениях, скажем, приблизительно 1/10 атмосферы (или 10 Па), может использоваться либо разряд, возбуждаемый постоянным током, либо радиочастотный тлеющий разряд. Самое важное заключается в том, чтобы получить однородный и непрерывный разряд во всем объеме активной среды. Для получения очень коротких лазерных импульсов (менее 1 не) были разработаны сложные методы накачки, связанные с использованием разрядов высокой мощности, а для получения очень высокой мощности в непрерывном режиме (более 100 кВт) — методы непрерывной накачки газового потока. В качестве источника излучения для целей связи самым подходящим оказалось компактное отпаянное устройство, способное давать от нескольких ватт до нескольких десятков ватт мощности в непрерывном режиме излучения в легко модулируемой форме. С этой целью был специально разработан конкретный тип волноводного лазера [16.41. Схематически его конструкция изображена на рис. 16.8. Перед рассмотрением некоторых особенностей этой конструкции остановимся на физических основах работы лазера на углекислом газе. [c.410]

Оптический параметрический генератор (ОПГ) на кристалле из LiNbOa с накачкой ИАГ — Nd-лазером можно использовать вместо линенно-перестраиваемого газового лазера в качестве источника интенсивного настраиваемого инфракрасного излучения [28, 200]. Лидар, основанный ча таком излучателе и работающий по методу дифференциального поглощения, разработан авторами статьи [392, 393]. Был использован параметрический генератор на LiNbOa с выходной энергией 20 мДж, длина волны излучения перестраивалась в спектральном интервале 1,4—4,2 мкм, ширина линии составляла , 0 см-. Рассеянное в обратном направлении излучение собирали телескопом с диаметром зеркала 41 с.м и фокусировали его на охлаждаемом до 77 К фотодетекторе на основе InSb с площадью [c.448]

Мощные газовые Л. также обычно работают по четырёхуровневой схеме. Для возбуждения газовых лазеров оптич. накачка применяется редко, т. к. для газов существуют более эффективные Методы электрич. разряд, газодинамич. истечение (гааодинами-ческий лазер), хим. реакции химический лазер) и др., обеспечивающие высокие мощности до сотни кВт. Возбуждение полупроводниковых лазеров производят непосредственно пост, током инжекционные лазеры), пучком эл-нов, оптич. накачкой и др. (табл.). [c.340]

Для определения поперечного распределения интенсивности в выходном пучке первого газового цезиевого лазера с оптической накачкой применялся метод сканирования [35]. Генерация происходила в полусферическом резонаторе на длине волны 7,18 JHK. Пространственное распределение выходного излучения ввиду отсутствия для этого диапазона пленок и фотоэмиссион-ных приемников было измерено путем сканирования пучка приемником из германия, легированного золотом. [c.60]

Лазер (оптический квантовый генератор) - устройство, преобразующее различные виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и Т.Д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона. Действие лазера основано на использовании индуцированного излучения света системой возбужденных атомов, ионов, молекул или других частиц вещества активной средой), помещенной в оптический резонатор. Такое усиление возможно, если активная среда находится в состоянии так называемой инверсии населенностей, когда равновесное распределение частиц (электронов, атомов, ионов, молекул и др.) активной среды по уровням энергии нарущается и число частиц на возбужденном энергетическом уровне превьшает число частиц на ниже расположенном уровне. Для создания и поддержания в активной среде инверсии населенностей применяются различные методы возбуждения (накачка), зависящие от структуры активной среды. Накачка может осуществляться под действием света оптическая накачка), пучка электронов, сильного электрического поля, в газовом разряде, в результате химических реакций, инжекции неравновесных носителей заряда инжекционная накачка), посредством пространственной сортировки молекул (в молекулярных генераторах) и другими методами. [c.510]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...