Для гелий-неонового лазера оптимальні значепия pD, рівне як і парціальний склад газової суміші, декілька відмінні|інший| для різних спектральних областей генерації.
В області 0,63 мкм найінтенсивнішої з|із| ліній серії 3s→2р — лінії 3s2 — 2p4(0,632 82 мкм) відповідає оптимальне pD ≈ 3,5—4,0 Topp • мм. Відношення|ставлення| парціального тиску|тиснення| гелію і пеона, при якому для цієї області генерації найкращим чином виконуються умови (13.7), складає 5 : 1. Енергія збудження переходить, головним чином, від стану Не (21So) до стану Ne(3s), як це показано на мал. 13.3.
В області 1,15 мкм в серії 2s→ 2р найінтенсивнішою є|з'являтися,являтися| лінія 2s2→ 2р4 (1,152 28 мкм). Енергію збудження поставляє стан 23S1 гелію (мал. 13.3). Оптимальне відношення|ставлення| парціального тиску|тиснення| гелію і неона складає 10: 1, значення pD ≈ 10—12 Topp • мм.
Для області 3,39 мкм (серія 3s → Зр, найсильніша лінія 3s2 ~ Зр4,; 3,3913 мкм) верхній лазерний рівень, як вже мовилося, співпадає|збігатися| з|із| верхнім рівнем червоної лінії генерації 0,63 мкм. Тому оптимальні умови розряду виявляються|опинятися| однаковими.
У вельми|дуже| поширених випадках, коли одна і та ж відпаяна газорозрядна трубка|люлька| використовується в гелий-неоновом лазері із|із| змінними дзеркалами для роботи в різних діапазонах довжин хвиль, зазвичай|звично| вибираються деякі компромісні значе-чения в досить широкому діапазоні параметрів: діаметр газорозрядної трубки|люлька| 5—10 мм, відношення|ставлення| парціального тиску|тиснення| 5—15, загальний|спільний| тиск|тиснення| 1 — 2 Topp, струм|тік| 25—50 мА.
Наявність оптимуму по діаметру обусловлено- конкуренцією двох чинників|фактор|. По-перше, при збільшенні поперечного перетину активного середовища|середа| лазера за інших рівних умов відбувається|походити| збільшення вірогідності|ймовірність| розпаду на стінці капіляра метаста-ра капіляра газорозрядної трубки|люлька| збільшує коефіцієнт посилення пропорційно l/D. Останнє відбувається|походити| як із-за збільшення вірогідності|ймовірність| розпаду на стінці капіляра метастабільного стану Неону 1s, так і із-за збільшення кількості збудженого гелію (і тим самим Неону), а значить, і коефіцієнта посилення при збереженні|зберігання| постійним твори|добуток| pD, тобто при виконанні умови подібності|подоба| тліючих розрядів при зміні діаметру газорозрядної трубки|люлька|.
Наявність оптимальної щільності струму|тік| розряду обумовлена виникненням при великих струмах|тік| каскадних процесів типу
e + Ne(1s) → Ne(2p) + e (13.9)
що приводять|призводити,наводити| до зменшення інверсії (див. мал. 13.2 і 13.3). Процеси такого роду можуть ставати істотними|суттєвий| також при збільшенні тиску|тиснення| Неону, що, у свою чергу|своєю чергою|, обумовлює|зумовлювати| наявність оптимуму по тиску|тиснення|.
Характерними|вдача| значеннями потужності випромінювання гелій-неонових лазерів слід вважати|лічити| десятки милливатт в областях 0,63 і 1,15 мкм і сотні милливатт в області 3,39 мкм. Термін служби лазерів за відсутності помилок у виготовленні обмежується процесами в розряді і обчислюється роками. З часом в розряді відбувається|походити| порушення складу газу. Із-за сорбції атомів в стінках і електродах відбувається|походити| процес «жестчения», надает тиск|тиснення|, міняється відношення|ставлення| парціального тиску|тиснення| гелію і Неону.
Зупинимося|зупинятися| тепер на питанні конструювання резонаторів гелий-неонового лазера. Велика короткочасна стабільність, простота і надійність конструкції досягаються при установці шмигав резонатора всередину розрядної трубки|люлька|. Проте|однак| при такому розташуванні дзеркала порівняно швидко псуються в розряді. Тому найбільшого поширення набула конструкція в якій газорозрядна трубка|люлька|, забезпечена вікнами, розміщеними під кутом Брюстера до оптичної осі, поміщається всередину резонатора. Таке розташування має цілий ряд|лава,низка| переваг — спрощується юстирування дзеркал резонатора, збільшується термін служби газорозрядної трубки|люлька| і дзеркал і полегшується їх зміна, з'являється|появлятися| можливість управління резонатором і застосування|вживання| дисперсійного резонатора, виділення мод і т.п.
У квантовій електроніці важливим є|з'являтися,являтися| питання про ширину лінії робочого переходу (див. лекцію другу). Для газових лазерів істотні|суттєвий| природне, зіткнювальне і доплерівське уширення. У разі|в разі| гелий-неонового лазера формула (2.8) (де під.τ01 треба розуміти τр — природний час життя р- стану Неону, а під τ02 — час τs., що відноситься до s-стану) дає значення природної ширини лінії Δν0 ≈ 20 Мгц. Зіткнювальне уширення (формули (2.31) і (2.32)) визначається тиском газу. Для атомів Неону в припущенні|гадка|, що перетин відповідного Зіткнювального процесу рівний газокінетичному, при тиску|тиснення| близько 1 Topp Δνст ≈ 1Мгц. Доплерівська ширина лінії (формули (2.28) і (2.30)) визначається, зокрема, довжиною хвилі випромінювання. Для лінії 0,63 мкм при 400 K ці формули дають Δνд = 1500 Мгц, що добре узгоджується з|із| експериментальними даними. З|із| сказаного видно|показно|, що у разі|в разі| гелий-неонового лазера основним механізмом, викликаючим уширення ліній випромінювання, є|з'являтися,являтися| ефект Доплера. Уширення це відносно невелике і при такій лінії можна отримати|одержати| генерацію па одній подовжній моді, тобто одночастотну генерацію при хоч і малою, але|та| фізично довжині резонатора I ≤ 15 см (формула (10.21)).
Гелій-неоновий лазер є|з'являтися,являтися| найбільш представницьким|показний| прикладом|зразок| газових лазерів. У його випромінюванні виразно|чітко| виявляються всі характерні|вдача| властивості цих лазерів, зокрема лембівський провал, що обговорювався в лекції одинадцятої. Ширина цього провалу близька до ширини однієї з тих однорідно розширених ліній, сукупність яких утворює неоднорідно розширену доплеровскую лінію. У разі|в разі| гелий-неонового лазера такою однорідною шириною є|з'являтися,являтися| природна ширина Δν0. Оскільки|тому що| Δν0 << Δνд, то положення лембівського провалу (див. мал. 11.6) дуже точно показує положення|становище| центру лінії робочого переходу. Крива, зображена на мал. 11.6, для лембівського провалу експериментально виходить шляхом плавної зміни довжини резонатора одномодового лазера. Отже, положення|становище| мінімуму провалу може бути використане при відповідному зворотному зв'язку, довжиною резонатора, що управляє, для стабілізації частоти генерації лазера. Така отримана|одержана| відносна стабільність і відтворюваність частоти, рівна 10-9. Відзначимо, проте|однак|, що вища стабільність (10-12—10-13) досягається, коли провал випалюється не в лінії підсилення активного середовища|середа|, а в лінії поглинання резонансного газу. Для лінії генерації 3s2→ Зр4 (3,39 мкм) таким газом є|з'являтися,являтися| метан.
Підкресливши на закінчення, що існує цілий ряд|лава,низка| газових лазерів на нейтральних атомах, зокрема на атомах благородних газів, відзначимо, що промисловість випускає гелий-неоновые лазери в широкому асортименті.
Лекція чотирнадцята. ІОННІ ЛАЗЕРИ. ЛАЗЕРИ НА ПАРАХ МЕТАЛІВ
Аргоновий лазер. Схема рівнів. Двухступенчатое збудження. Залежність від щільності струму|тік| розряду. Умова інверсії. Ефект перекачування газу в розряді. Параметри лазера. Гелій-кадмієвий лазер. Пен-нінговській механізм іонізації і збудження. Схема рівнів. Катафорез. Параметри лазера. До. п. д. газорозрядних лазерів. Самообмежені переходи. До. п. д., енергія, потужність лазерів на самообмежених переходах. Мідний лазер, схема рівнів, параметри лазера.
Гелій-неоновий лазер, розглянутий|розгледіти| в попередній лекції, є|з'являтися,являтися| видатним|визначний| прикладом|зразок| лазерів на нейтральних атомах. Серед іонних лазерів па благородних газах виділяється аргоновий лазер, що володіє найбільшою потужністю безперервного випромінювання у видимому світлі (до сотень ватів). Поєднання високих вихідних параметрів із|із| сприятливим розташуванням робочих рівнів енергії, що забезпечують генерацію в синій-зеленій області спектру, де приймачі випромінювання найбільш чутливі, зумовило застосування|вживання| цього лазера в цілому ряду|лава,низка| важливих|поважний| наукових і технічних областей. Ці області тягнуться від нелінійної оптики, досліджень розсіяння світла, біологічних і медичних досліджень, діагностики плазми до технологічної обробки типу підгонки резисторів і скрайбирования мікросхем. Одним з найважливіших застосувань|вживання| аргонових лазерів є|з'являтися,являтися| накачування лазерів на фарбниках|барвник|, які будуть обговорені в одній з подальших|наступний| лекцій.
Переходячи до істоти справи|річ|, слід перш за все|передусім| відзначити, що лазери, що працюють на переходах між збудженими рівнями іонів|іон| благородних газів, характеризуються вельми|дуже| високою щільністю струму|тік|, потрібною для досягнення порогу генерації, що пов'язане з необхідністю підтримувати достатньо|досить| високою ступінь|міра| іонізації газу. Річ у тому, що|справа в тому, що,дело в том | в іонному газовому лазері верхній лазерний рівень заселяється в результаті|унаслідок,внаслідок| двох послідовних зіткнень|сутичка| атома з|із| електронами розряду. Перше зіткнення|сутичка| ионизует атом, друге — порушує|збуджувати| іон. Отже, створення|створіння| інверсії є|з'являтися,являтися| двухступенчатым процесом, ефективність кожного з яких пропорційна|пропорціональний| струму|тік| розряду. Значить, в цілому|загалом| ефективність збудження принаймні пропорційна|пропорціональний| квадрату струму|тік| розряду, що вимагає високої щільності струму|тік| для досягнення як завгодно помітної інверсії. Для аргонових лазерів характерна|вдача| щільність струму|тік| в сотні, для великих інтенсивності в тисячі ампер па квадратний сантиметр.
У іонних лазерах на благородних газах енергетичні витрати|затрата| значительны, до. п. д. малий, отже, велике паразитне енерговиділення, що приводить|призводити,наводити| до термічних і ерозійних руйнувань розрядних трубок|люлька| і т.п. З іншого боку, ці лазери мають ту перевагу, що інертні гази відносно дешеві, легко можуть бути отримані|одержані| в чистому вигляді|вид|, не реагують з|із| катодами, геттерами, стінками і т.д., не токсичні; ці гази не треба гріти, щоб отримати|одержати| бажану щільність. Їх спектр добре вивчений.
Спрощена схема рівнів для аргонового іонного лазера приведена па мал. 14.1. Оскільки|тому що| всі лазерні лінії аргонового безперервного лазера належать до переходів між конфігураціями 4р і 4s, то всі рівні кожній з цих конфігурацій уявлення|вистава, подання, представлення| на мал. 14.1 однією лінією. Як вже мовилося, збудження верхніх лазерних рівнів Аг+ відбувається ступінчасто східчасто:
Ar + e → Ar+ + 2e, Ar+ + e → (Ar+)* + e (14.1)
Іншими словами, возбуждепие рівнів 4p-конфигурации походить з основного стану Зр5 іона|іон| Аг+. Як видно|показно| з|із| мал. 14.1, збудження безпосередньо з|із| основного стану 3p6 атомів Аг вимагає великих енергій. Крім того, механізм (14.1) підтверджується залежністю спонтанного випромінювання лазерних рівнів іона|іон| Аг+ від щільності струму|тік|. Поза сумнівом|безсумнівно|, можливі і інші механізми — наприд, випромінювальні каскадні переходи з більш високих рівнів іона|іон| Аг+ або Передача збудження при зіткненнях|сутичка| з відповідними|придатний| по енергії метастабильними рівнями іона|іон|. Проте|однак| процес (14.1) виявляється|опинятися| не тільки|не лише,не те що| найбільш простим і що Дає у загальних рисах вірну картину збудження верхніх лазерних рівнів конфігурації 3p4 4р іона|іон| Аг+. Обозначимо щільність числа частинок|частка,часточка| на цих рівнях символом N, щільність числа іонів|іон| в основному стані 3p5 символом Ni, а електронну щільність символом Ne. В цілому|загалом| плазма розряду электронейтральна, тобто Nе ≈ Ni.
рис. 14.1. Схема лазерних рівнів енергії аргону: прямі стрілки вгору|угору| — іонізація і збудження, пряма стрілка вниз — випромінювання, хвиляста стрілка—випромінювання порожнього нижнего лазерного рівня.
Тоді швидкість накачування верхніх лазерних рівнів в процесі (14.1)
(14.2)
У стаціонарному розряді щільність електронів пропорційна|пропорціональний| щільності струму|тік| розряду: Ne∞J. Отже, Λ∞J2. Швидкість накачки в стаціонарних умовах визначає потужність генерації (див. формулу (6.57)). Ретельніший розгляд, що розвивається на основі цих простих міркувань|тяма|, приводить|призводити,наводити| до закону подібності|подоба| для аргонових лазерів у вигляді|вид|
P/V = 10-5J2(14.3)
де P/V — сумарна об'ємна щільність вихідної потужності [Вт/см3] генерації Аг+-лазера у всіх модах і на всіх лініях синій-зеленої області спектру в безперервному режимі і J — щільність розрядного струму|тік| [А/см2]. Співвідношення (14.3) задоволене добре узгоджується з|із| експериментом.
Отже, можна вважати|лічити|, що в активному середовищі|середа| аргонового лазера при зіткненні|співзіткнення| нейтральних атомів з|із| електронами спочатку утворюються збуджені нейтральні атоми і іони|іон| в основному стані. Потім при зіткненнях|сутичка| з|із| електронами іонів|іон|, що знаходяться|перебувати| в основному стані, утворюються збуджені попи. Але|та| при розгляді будь-якої схеми утворення інверсії завжди встають питання не тільки|не лише| про те, як здійснюється накачування на верхній рівень, але і про те, як забезпечується спустошення нижнього рівня.
Виявилось, що для іонів|іон| Аг+ нижні лазерні рівні конфігурації 3p44s спустошуються унаслідок|внаслідок| вакуумного УФ випромінювання на хвилі близько 72 нм (див. мал. 14.1). Радіаційний (спонтанне) час життя нижніх рівнів (10-9 с|із|) багато менше, ніж верхніх (10-8 с|із|). Таке співвідношення часів релаксації забезпечує виконання умови инверсії (3.2). Дійсно, швидкісні рівняння типу (13.3) або (13.6), (13.7) в даному випадку можуть бути в зневазі|нехтування| індукованими переходами представлені|уявлені| у вигляді|вид|
dn2/dt = K2Nen – n2/τ2(14.6)
dn1/dt = K1Nen – n1/τ1 (14.4)
n + n1 + n2 = N(14.5)
де (див. мал. 14.1) n2 — щільність частинок|частка,часточка| в конфігурації Зр44р (верхній лазерний рівень), n1 — в конфігурації 3p44s (нижній лазерний рівень), n — в конфігурації Зр5 (основний стан іона|іон|), τ2 і τ1 — відповідні часи життя, N — щільність загального|спільний| числа іонів|іон|, Ne — щільність електронів, К1 і К2 — константи швидкостей збудження стан 4s і 4р відповідно. У стаціонарних умовах, відповідних безперервному режиму, dn2/dt = dn1/dt = 0. Тоді стаціонарна інверсія, що визначає коефіцієнт посилення слабкого|слабий| сигналу, складає
(14.7)
Очевидно, що умовою інверсії є|з'являтися,являтися| виконання нерівності К2τ2 > К1τ1 або, при швидкостях збудження електронним ударом верхніх і нижніх лазерних рівнів, що не дуже сильно розрізняються, вимога
τ2 > τ1(14.8)
що носить досить загальний|спільний| характер|вдача|.
Доцільно виділити окремі випадки. При KτNe >> 1
(14.9)
що зважаючи на|внаслідок,унаслідок| пропорційність N ∞ Ne суперечить|перечити| досвідченим|дослідний| даним (14.3). У протилежному окремому випадку (KτNe << 1)
(14.10)
що добре відповідає спостережуваному експериментально.
Інверсія отримана|одержана| більш ніж на 10 лініях. З|із| них найбільш інтенсивні зеленілії промінь 514,5 нм і синій промінь 488,0 нм. Схема рівнів, зображена|змальована| на мал. 14.1, дає ясне уявлення про можливий до. п. д. По схемі до. п. д. <7%, в реальності — багато менше.
Капілярний розряд, вживаний для отримання|здобуття| генерації в аргонових лазерах, по своїх властивостях займає|позичати,посідати| проміжне місце менаду тліючим розрядом і сильно іонізований дугою, ближче до дуги. Розряд відбувається|походити| при низькому тиску|тиснення|. Оптимальний в сенсі|зміст,рація| генерації тиск|тиснення| складає 0,25— 0,5 Topp. Як неодноразово підкреслювалося вище, для підтримки високого ступеня|міра| іонізації і високої температури електронів Потрібна висока щільність струмів|тік|.
Істотно|суттєво| важливою|поважний| особливістю аргонових лазерів, як, втім, і всіх іонних лазерів на благородних газах, є|з'являтися,являтися| швидке зростання|зріст| вихідної потужності із|із| струмом|тік| розряду (див. формули (14.3) і (14.10)). Це пов'язано з тим, що насичення механізму створення|створіння| інверсії (14.7) може відбуватися|походити| при щільності струму|тік| розряду, значно реально, що перевищують, досяжні.
Висока щільність струму|тік| приводить|призводити,наводити| до важкого|тяжкий| теплового навантаження па стінки лазерної трубки|люлька|, що піддаються до того ж інтенсивному іонному бомбардуванню. Технологічні проблеми створення|створіння| газорозрядних трубок|люлька| і електродів аргонових лазерів дуже серйозні. Відзначимо, що вимірювання|вимір| доплеровской ширини лінії, рівної, що опинилася, приблизно 3500 Мгц, свідчать про температуру іонів|іон| в 3000 K, що робить|чинити| ефективною ерозію ними матеріалів розрядної трубки|люлька| і електродів.
Високе питоме теплове навантаження приводить|призводити,наводити| до необхідності форсованого охолоджування лазера. проточною водою. При цьому істотною|суттєвий| є|з'являтися,являтися| теплопровідність стінок розрядної трубки|люлька|. Якнайкращим|щонайкращий,найкращий| матеріалом є|з'являтися,являтися| берилієва кераміка (ВеО). Можлива також конструкція, що є|з'являтися,являтися| послідовністю металевих і діелектричних шайб.
Цікавою особливістю аргонових лазерів є|з'являтися,являтися| виникнення в їх газорозрядному каналі із-за великої щільності струму|тік| ефекту перекачування іонів|іон| Аг+ від анода до катода, що приводить|призводити,наводити| до появи подовжніх градієнтів тиску|тиснення| і припинення розряду. Для запобігання цьому ефекту газорозрядна трубка|люлька| забезпечується обвідним каналом, що забезпечує зворотну циркуляцію газу. Для того, щоб в обвідному каналі не горів розряд, його довжина робиться|чиниться| більше, а діаметр менший, ніж у|в,біля| лазерної трубки|люлька|.
Найбільшого поширення набули аргонові лазери безперервної дії з сумарної потужності генерації 5—15 Вт у всіх лініях. Для виділення необхідних ліній застосовуються дисперсійні резонатори, хоча ефекти конкуренції різних ліній генерації на відміну від гелий-неонового лазера малі або зовсім відсутні. Найбільші потужності генерації аргонового лазера в безперервному режимі досягають декількох сотень ватів.
Відзначимо на закінчення, що за тих же умов розряду відбувається|походити| утворення іонів|іон| Аг++ випромінювання яких потрапляє|попадати| в УФ діапазон. У безперервному режимі найбільш інтенсивні лінії генерації 363,8 і 351,1 нм. Їх потужності зазвичай|звично| досягають одиниць ватів.
Серед іонних лазерів помітне місце займають|позичати,посідати| лазери па парах металів. З|із| них найбільшого поширення набув гелій-кадмієвий лазер, в основі принципу дії якого лежить столкновительная передача енергії збудження від мета-стабільного атома гелію в змозі|спроможний| 23Sl атому кадмію, що супроводжується|супроводитися| іонізацією цього атома і збудженням іона|іон|. Цей процес, що називається пеининговской іонізацією, відбувається|походити| ло схемі
(14.11)
Константа швидкості пенінговської іонізації Кр = <σрν> визначається перетином σр, який в даному випадку (σр = 6,5 • 10-15 см2) перевищує газокінетичний перетин. Процес типу
A* + B → A + (B+)* + e (14.12)
можливий тільки|лише| у разі, коли енергія збудження атома А* перевершує енергію іонізації і подальшого|наступний| збудження іона|іон| В+. Процес найбільш ефективний, якщо збуджений стан А* метастабільний.
У загальних рисах процес (14.11) подібний до того, що обговорювався раніше стосовно гелий-неоновому лазера процесу (13.8). На відміну від гелий-неонового лазера у разі|в разі| гелій-кадмієвого.лазера точний резонанс збуджених станів Не* і (Cd+)* де потрібний, оскільки|тому що| надлишок енергії несеться електроном, що характерний для пенінговської іонізації.
Важливість накопичення енергії збудження метастабильнымп станами атома гелію і процесу передачі цій енергії кадмію відображені|відбиті| в назві даного лазера — гелій-кадмієвого. Для скорочення запису цей лазер часто називають кадмієвим.
Схема рівнів енергії гелій-кадмієвого лазера досить проста (мал. 14.2). Вона відповідає одному зовнішньому електрону над замкнутою оболонкою. Метастабільні збуджені в розряді стану гелію 21S0 і 23S1, можуть порушувати|збуджувати| стани іона|іон| Cd+ 2D2/2, 2D5/2, 2Р3/2, 2Р3/2 Хоча в пеннинговском процесі резонанс неважливий|поважний|, все ж таки|все же| найбільш ефективне збудження передається в процесі з|із| найменшим дефіцитом енергії, тобто з|із|; стану 23S1 в стан 2D3/2,5/2- Проте|однак| інверсна заселена виникає і утримужється в безперервному режимі відповідно до формули (14.8) завдяки істотно|суттєво| швидшому розпаду нижніх (Р) рівнів в порівнянні з верхніми (D) рівнями. Радіаційний час життя D-станів складає приблизно 10-7 с|із|, а Р-состояшш — 10-9 с|із|. Полонення випромінювання не переході нижній лазерний рівень — основний стан іона|іон| не відбувається|походити| із-за малої концентрації іонів|іон| Cd+.
Мал. 14.2. Схема рабочих рівнів гелій-кадмієвого лазера: хвиляста стрілка вниз — випромінювання порожнього нижнього лазерного рівня, похила хвиляста стрілка — передача енергії збудження від гелію до кадмію.
Отже, гелій-кадмієвий лазер подібний до гелий-неоновому лазера по механізму збудження верхніх лазерних рівнів, а аргоновому лазеру — по механізму спустошення нижніх лазерних рівнів. Порівняння схем рівнів енергії цих трьох лазерів (див. мал. 13.3, 14.1 і 14.2) дозволяє продовжити зіставлення даних газових лазерів безперервної дії. Лінії генерації гелій-кадмієвого лазера 325,0 і 441,6 нм відповідають переходам, що стартують з різних рівнів. Тому в гелій-кадмієвому лазері відсутня характерна|вдача| для гелий-неонового лазера конкуренція ліній генерації 3,39 і 0,63 м'км. Пеннінговській процес освіти|утворення| і збудження іонів|іон| кадмію є|з'являтися,являтися| одноступінчатим. Тому швидкість накачування активного середовища|середа| кадмієвого лазера пропорційна|пропорціональний| щільності струму|тік| розряду|та|, а не її квадрату, як в аргоновому лазері, що приводить|призводити,наводити| до істотно|суттєво| меншої щільності струму|тік| і потужності, що розсіюється на одиницю довжини розрядної трубки|люлька|.
Інтерес до гелій-кадмієвого лазера обумовлений тим, що цей лазер є надійним, з|із| низьким порогом збудження джерело безперервного когерентного світла в синій (441,6 нм) і УФ (325,0 нм) областях спектру. Потужності випромінювання в декілька десятків милливатт відповідає джерело живлення|харчування| в декілька сотень ватів, при цьому лазер не вимагає водяного охолоджування, що сильно полегшує використання лазера у фізичному експерименті. З|із| областей застосування|вживання| гелій-кадмієвого лазера доцільно вказати пов'язані безпосередньо з короткохвилястістю його випромінювання. Це — лазерна фотохімія і дослідження різного роду молекулярного розсіяння світла типу комбінаційного, рэлеєвського і мандельштам-бриллюенівського. інтенсивність яких пропорційна|пропорціональний| 1/λ4. Відзначимо також високу монохроматичність випромінювання цього лазера. Низький поріг збудження призводить до того, що сильного перегріву активного середовища|середа| немає, і доплеровская ширина лінії генерації складає 1 —1,5 Ггц. Тому в спектрі генерації добре видно|показно| ізотопічне розщеплювання ліній кадмію. Застосування|вживання| тільки|лише| одного ізотопу 1l4Cd дає дуже вузьку лінію генерації. Тому в гелій-кадмієвому лазері легко виходить одночастотний і одномодовий режим.
У парах металів відкрито|відчинено| багато лазерних переходів, проте|однак| в багатьох випадках проблеми, пов'язані з підтримкою однорідного розподілу пари відповідних металів в розряді, роблять|чинити| створення|створіння| реальних лазерів важким|скрутний|. У разі|в разі| кадмію цю проблему вдалося вирішити, використовуючи катафорез іонів|іон| Cd+ в газорозрядній трубці|люлька| лазера. Катафорезом називається направлений|спрямований| рух іонів|іон| в газовому розряді постійного струму|тік| під дією зовнішнього електричного поля. У двофазній системі катафорез приводить|призводити,наводити| до переважного потоку компоненти з|із| меншим потенціалом іонізації до катода. У трубках|люлька| великого діаметру зворотна дифузія компенсує|компенсувати| ефект катафореза і перешкоджає створенню|створіння| великих градієнтів концентрації. Але|та| в трубках|люлька| малого діаметру, характерних|вдача| для лазерів, дифузія слабкіша|слабіша| за катафореза. В результаті може виникнути великий градієнт концентрації, а тоді тільки|лише| в малій частині|частка| довжини розряду буде хороша|добрий| для лазера суміш.
Завдання|задача| вирішене|розв'язане| безперервним підживленням кадмію в розряд біля анодного кінця трубки|люлька|. Катафорез при цьому використовується для того, щоб проганяти іони|іон| кадмію через всю систему від анода до катода з|із| контрольованою швидкістю. Кадмій віддаляється з|із| газової фази шляхом конденсації на холодних стінках розширеної секції лазерної трубки|люлька| безпосередньо перед катодом (мал. 14.3). Розряд підтримує капіляр при температурі, достатньо|досить| високій для того, щоб без підігрівачів або якій-небуть додатковій теплоізоляції оберігати|запобігати| стінки капіляра від конденсації кадмію. Тиск|тиснення| гелію в системі достатньо|досить| високо для того, щоб запобігти дифузії кадмію до герметичних вікон кювети. Відмітимо|помітити|, що цей прийом широко використовується в газових лазерах для ізоляції оптичних елементів лазерної трубки|люлька| від конденсації на них високотемпературної пари.
Схемі, представленій|уявленій| на мал. 14.3, відповідають зазвичай|звично| наступні|такий| параметри. Довжина розрядної трубки|люлька| 1—1,5 м, діаметр 2—2,5 мм, тиск|тиснення| гелію декілька торр. Спочатку запалюється тліючий розряд в гелії, потім чаша, що містить|утримувати| кадмій, нагрівається до температури 230—250 °С, при струмі|тік| розряду100 мА масовий потік кадмію складає (1—1,5) - 10-3 г/ч, при цьому тиск|тиснення| пари кадмію складає (3—4) 10-3 Торр
Мал. 14.3. Схема газорозрядної трубки|люлька| гелій-кадмієвого лазера.
При напрузі|напруження| 4,5 кВ і струмі|тік| 0,1 А енерговиділення на одиницю довжини газорозрядної трубки|люлька| складає близько 3 Вт/см, що дозволяє застосовувати просте повітряне охолоджування і звичайні|звичний| скляні трубки|люлька|. Всім цим даним відповідає вихідна потужність 100—200 мВт па хвилі 325,0 їм при оптимальній прозорості вихідного дзеркала 5—7%. Конденсація кадмію
Конструкція, показана на мал. 14.3, дозволяє після|потім| повного|цілковитий| випаровування кадмію з|із| початкової|вихідний| чаші поміняти місцями катод і анод і почати|розпочати,зачати| випаровування кадмію, сконденсованого в охолоджуваній до того чаші.
На закінчення підкреслимо відмінність в проявах|вияв| направленого|спрямований| руху иопов активного середовища|середа| в аргоновому і гелій-кадмієвому лазерах.
Звернемося|обернемося| тепер до питання про до. п. д. газорозрядних лазерів. Цю величину можна представити|уявити| у вигляді|вид|
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 22 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |