Оптимальна прозорість вихідного дзеркала:
(6.47)
Максимальна потужність, що випромінюється одиничним об'ємом в безперервному режимі при швидкості створення інверсії Λ[с-1 • см-3]:
(6.57)
Максимальна енергія імпульсного випромінювання одиничного об'єму при накопиченні інверсії N[см-3]
Eвипр=Nhν/2 (6.58)
Число Френеля:
(7.12)
Зв'язок добротності моди з часом життя фотона в моді ТЕМmnq:
(7.17)
Умова конфокальності|:
2l=R1+R2
Власні частоти конфокального резонатора для моди
(8.3)
Поперечний розподіл поля основної моди ТЕМооq конфокального резонатора:
(8.1)
Ширина розподілу інтенсивності моди ТЕМ00q:
(8.4)
Радіус перетяжки:
(8.5)
Радіус плями па дзеркалі:
Радіус кривизни хвилевого фронту гаусового| пучка:
(8.10)
Кутова розходження| гаусового| пучка:
(8.11)
Фокусування гаусового| пучка:
(8.16) (8.17)
Умови фокусування гаусового| пучка;
z>>l/2, z>>F>D (8.19)
Межі області стійкості відкритих резонаторів| утворених двома сферичними дзеркалами
(9.20) (9.21)
Відстань між дзеркалами телескопічного нестійкого резонатора (умова конфокальності|):
2l=R1-R2
Коефіцієнт збільшення в телескопічному нестійкому резонаторі:
M =R1/R2 (10.17)
Втрати па випромінювання за один прохід в телескопічному резонаторі:
A= (M2-1)/M2=(R21-R21)/R1 (10.18)
Частота міжмодового биття подовжніх мод:
∆ν=c/2l (10.21)
Що огинає поля світлової хвилі при синхронізації N подовжніх мод з однаковою амплітудою Е0:
(11.9)
Період проходження імпульсів синхронізованих| мод:
T = π 1/Δνq = 2l/c ((11.10)
Тривалість одного імпульсу при синхронізації N мод:
τ = T/N (11.11)
Пікова потужність гігантського імпульсу при великому перевищенні початкової інверсії над пороговою і миттєвому включенні добротності:
(11.24)
Лекція тринадцята. ГАЗОВІ ЛАЗЕРИ. ГЕЛИЙ-НЕОБОВЫЙ ЛАЗЕР
Особливості газоподібного активного середовища|середа|. Основні методи збудження. Електричний розряд, газодинаміка, хімічне збудження, фотодисоціація, оптичне накачування. Резонансна передача енергії збудження при зіткненнях|сутичка|. Гелій-неоновий лазер. Схема рівнів. Передача енергії збудження. Конкуренція ліній випромінювання на хвилях 3,39 і 0,63 мкм. Параметри розряду, параметри лазера.
Розгляд методів створення|створіння| інверсії ми проводитимемо на прикладах|зразок| лазерів, що представляють|уявляти| найбільший інтерес.
Почнемо з газових лазерів. Газоподібність їх активного середовища|середа| приводить|призводити,наводити| до ряду|лава,низка| чудових следствий. Насамперед, тільки|лише| тазові середовища|середа| можуть бути прозорими в широкому спектральному інтервалі від вакуумної УФ області спектру до хвиль далекого ІЧ, по суті СВЧ, діапазону. В результаті газові лазери працюють у величезному|велетенський| діапазоні довжин волі, відповідному зміні частоти більш ніж на три порядки|лад|.
Далі. В порівнянні з твердими тілами і рідинами гази володіють істотно|суттєво| меншою щільністю і вищою однорідністю. Тому світловий промінь в газі у меншій мірі спотворюється і розсівається. Це дозволяє легше досягати дифракційної межі разходження лазерного випромінювання.
При малій щільності для газів характерний доплеровское уширення спектральних ліній, величина якого мала в порівнянні з шириною лінії люмінесценції в середовищах|середа|, що конденсують. Це дозволяє легше досягати високою монохроматичності випромінювання газових лазерів. В результаті у випромінюванні газових лазерів найвиразніше|чіткіше| виявляються характерні|вдача| властивості лазерного випромінювання — висока монохроматичність і спрямованість.
Складові газ частинки|частка,часточка| взаємодіють один з|із| одним в процесі газокинетичних зіткнень|сутичка|. Ця взаємодія відносна слабо; тому воно практично не впливає на розташування рівнів енергії частинок|частка,часточка| і виражається|виказується,висловлюється| тільки|лише| в уширення відповідних спектральних ліній. При низькому тиску|тиснення| зіткнювальне уширення мале і не перевищує доплеровскую ширину. Разом з тим|в той же час| збільшення тиску|тиснення| приводить|призводити,наводити| до зростання|зріст| зіткнювальної ширини (див. лекцію другу), і ми дістаємо можливість управляти шириною лінії посилення активного середовища|середа| лазера, що існує|наявний| тільки|лише| у разі|в разі| газових лазерів.
Як ми знаємо, для виконання умов самозбудження посилення в активному середовищі|середа| за один прохід резонатора лазера повинне перевищувати втрати. У газах відсутність нерезонансних втрат енергії безпосередньо в активному середовищі|середа| полегшує виконання цієї умови. Технічно важко|скрутно| виготовити дзеркала з|із| втратами, помітно меншими 1%. Отже, посилення за один прохід повинно перевищувати 1%. Відносна легкість виконання такої вимоги в газах, наприклад шляхом збільшення довжини активного середовища|середа|, пояснює наявність великої кількості газових лазерів в широкому діапазоні довжин хвиль. Разом з тим|в той же час| мала щільність газів перешкоджає отриманню|здобуття| такої високої щільності збуджених частинок|частка,часточка|, яка характерна|вдача| для твердих тіл. Тому питоме енергознімання|наймання| у|в,біля| газових лазерів істотно|суттєво| нижче, ніж у|в,біля| лазерів на середовищах|середа|, що конденсують.
Специфіка газів проявляється і в різноманітті різних фізичних процесів, вживаних для створення|створіння| інверсії населеності. До їх числа відносяться збудження при зіткненнях|сутичка| в електричному розряді, збудження в газодинамічних процесах, хімічне збудження, фотодисоціація, оптичне накачування (головним чином лазерним випромінюванням), електронно-променеве збудження.
У переважній більшості газових лазерів інверсія населеності створюється в електричному розряді. Такі газові лазери називаються газорозрядними. Газорозрядний метод створення|створіння| активного середовища|середа| є|з'являтися,являтися| найбільш загальним|спільний| методом отримання|здобуття| інверсії в газових лазерах, оскільки|тому що| електрони розряду легко порушують|збуджувати| частинки|частка,часточка| газу, переводячи|перекладаючи,переказуючи| їх в процесах непружніх зіткнень|сутичка| на вищі рівні енергії. Зазвичай|звично| спостережуване свічення газового розряду (газосвітні лампи) пояснюється спонтанними переходами з цих рівнів енергії вниз. Якщо швидкості процесів розпаду збуджених станів сприятливі накопиченню частинок|частка,часточка| па якомусь верхньому рівні енергії і спустошенню якогось нижнього рівня енергії, то між цими рівнями створюється інверсія населеності. Легко порушуючи|збуджуючи| газ в широкому інтервалі енергій, електрони газового розряду створюють інверсію населенностей рівнів енергії нейтральних атомів, молекул, іонів|іон|.
Газорозрядний метод застосовний для збудження лазерів як безперервного, так і імпульсного режимів роботи. Імпульсне збудження використовується переважно у разі|в разі| несприятливої для безперервного режиму динаміки встановлення населенностей на верхньому і нижньому рівнях енергії, а також для того, щоб отримувати|одержувати| високу потужність випромінювання, недосяжну в безперервному режимі. Електричний розряд в газі може бути самостійним і несамостійним. У останньому випадку провідність газу забезпечується зовнішнім ионизующим агентом, а процес збудження здійснюється незалежно від умов пробою газу при оптимальному значенні напруженості електричного поля в розрядному проміжку. У газовому середовищі|середа|, ионизованной незалежно зовнішньою дією, це поле і викликаний|спричинений| ним струм|тік| визначають енергію збудження (енерговнесок|вклад|), що вводиться|запроваджується| в розряд.
Характерною|вдача| особливістю газів є|з'являтися,являтися| можливість|спроможність| створення|створіння| таких потоків газових мас, в яких різко міняються термодинамічні параметри газу. Так, якщо заздалегідь сильно нагрітий газ раптово розширюється, наприклад при протіканні з|із| надзвуковою швидкістю через деяке сопло, то температура газу різко падає. Цією новою, істотно|суттєво| нижчій температурі відповідає новий рівноважний розподіл населеності по рівнях енергії частинок|частка,часточка|, газу. При раптовому зниженні температури газу па якийсь час порушується рівномірність цього розподілу. Тоді, якщо релаксація до нової термодинамічної рівноваги для нижнього рівня йде швидше, ніж для верхнього, газодинамічне закінчення|виділення,витікання| супроводжується|супроводитися| інверсією населенностей, що існує|наявний| в деякій протяжній області вниз за течією газу. Розмір цієї області визначається швидкістю газодинамічного потоку і часом релаксації інверсної населеності в нім.
Такий газодинамічний метод отримання інверсії, в якому теплова енергія нагрітого газу безпосередньо перетвориться в енергію монохроматичного електромагнітного випромінювання. Важливою|поважний| характерною|вдача| особливістю цього методу є|з'являтися,являтися| можливість|спроможність| організації газодинамічних потоків великих мас активної речовини і тим самим отримання|здобуття| високої вихідної потужності (див. формулу (6.57)).
При хімічному збудженні інверсія населенностей створюється в результаті|унаслідок,внаслідок| хімічних реакцій, при яких утворюються збуджені атоми, молекули, радикали. Газове середовище|середа| зручне для хімічного збудження тим, що реагенти легко і швидко перемішуються і легко транспортуються. У газофазних хімічних реакціях нерівноважний розподіл хімічної енергії серед продуктів реакції виявляється найсильніше і зберігається найдовше. Хімічні лазери цікаві тим, що в них відбувається|походити| пряме перетворення хімічної енергії в енергію електромагнітного випромінювання. Залучення ланцюгових|цепних| реакцій призводить до того, що падає відносна частка|доля| енерговитрат на ініціацію реакцій, що забезпечують отримання|здобуття| інверсії. В результаті споживання|вжиток| електроенергії під час роботи хімічного лазера може бути дуже малим, що також є|з'являтися,являтися| великою гідністю|чеснота,достоїнство| хімічного методу створення|створіння| інверсії. Додамо|добавимо| до цього, що видалення|віддалення| продуктів реакції, тобто робота в газовому потоці, може забезпечити безперервний характер роботи хімічних лазерів. Можливо також поєднання хімічного і газодинамічного методів збудження.
До хімічних лазерів примикають лазери, інверсія населеності в яких досягається за допомогою реакцій фотодисоціації..Як правило, це — швидкопротікаючі реакції, що ініціюються інтенсивним імпульсним єнотовим спалахом або вибухом. В результаті дисоціація виникають збуджені атоми або радикали. Вибуховий характер|вдача| реакції обумовлює|зумовлювати| імпульсний режим роботи таких лазерів. Внаслідок того, що при відповідній ініціації фотодисоціація може охоплювати одночасно великий об'єм|обсяг| початкового|вихідний| газу, імпульсна потужність і енергія випромінювання при фотодисоціовному методі створення|створіння| інверсії можуть досягати значних величин.
Своєрідний характер|вдача| у разі|в разі| газових активних середовищ|середа| набуває|придбавати| такого загального|спільний| методу створення|створіння| інверсії, як оптичне накачування. Через малу щільність газів їх резонансні лінії поглинання вузькі. Тому оптичне накачування може бути ефективне, якщо джерело накачування достатнє монохроматичний. Зазвичай|звично| використовуються лазерні джерела. Специфіка газів у разі|в разі| оптичної па хитавиці|качання| виявляється ще і в тому, що через їх малу щільність глибина проникнення випромінювання накачування в газ може бути великою і тепловиділення при поглинанні випромінювання — малим. Як правило, резонансне оптичне накачування газових середовищ|середа| практично не приводить|призводити,наводити| до порушення їх оптичної однорідності.
При електронно-променевому збудженні газових середовищ|середа| відбувається|походити| іонізація газу електронами високої енергії (0,3—3 МєВ). При цьому енергія швидких електронів первинного пучка, загальне|спільний| число яких відносно невелике, каскадним чином перетвориться в енергію великого числа повільних електронів. Збудження верхніх лазерних рівнів здійснюється саме цими електронами низької енергії (від одиниць до десятків электронвольт). Оскільки|тому що| довжина пробігу електронів великої енергії в газах достатньо|досить| велика, то електронно-променевий спосіб збудження дуже зручний для створення|створіння| активного середовища|середа| великих об'ємів|обсяг| при великому тиску|тиснення| газів, причому газів будь-якого складу.
Електронно-променеве збудження є|з'являтися,являтися| гнучким і разом з тим|в той же час| могутнім методом, застосовним практично завжди. Велика гідність|чеснота,достоїнство| цього методу полягає також в можливості|спроможність| його поєднання з|із| іншими методами створення|створіння| активного середовища|середа| газових лазерів j
Перш ніж перейти до конкретного розгляду того, як всі ці методи створення|створіння| інверсії реалізуються в тих або що інших представляють|уявляти| найбільший інтерес газових лазерних системах, доцільно відзначити дві обставини загального|спільний| характеру|вдача|.
По-перше, досягнення інверсії в газовому середовищі|середа| сильно полегшується відносною повільністю релаксацій процесів в газах. Як правило, відповідні константи швидкості добре відомі або можуть бути порівняно легко вивчені експериментально. У короткохвильовій області і для добре дозволених переходів процесом, перешкоджаючому отриманню|здобуття| і утриманню інверсії, є|з'являтися,являтися| спонтанний розпад верхнього рівня (див. лекцію другу). Радіаційні часи життя атомів, молекул, іонів|іон| також або добре відомі, або можуть бути відносно добре відомі. Значення цих часів, відомі для вільних частинок|частка,часточка|, справедливі для газів.
По-друге, для газів характерна|вдача| передача енергії збудження від частинок|частка,часточка| одного сорту|гатунок| частинкам|частка,часточка| іншого сорту|гатунок| при непружніх зіткненнях|сутичка| між ними. Така передача тим більше ефективна, ніж точніше співпадають|збігатися| рівні енергії частинок|частка,часточка|, що стикаються. Річ у тому, що|справа в тому, що,дело в том | завжди існуюча відмінність в значеннях енергії тих станів, обмін населенностями яких відбувається|походити| при зіткненні|сутичка|, призводить до того, що передача збудження супроводжується|супроводитися| виділенням (або поглинанням) кінетичної енергії Екін:
(13.1)
Тут N — щільність частинок|частка,часточка| донорів енергії збудження, n — щільність акцепторів, зірочка позначає|значити| збудження відповідної частинки|частка,часточка|. Символ К, що стоїть над стрілками в рівняння (13.1), позначає|значити| константу швидкості цієї реакції. Кінетична енергія може бути отримана|одержана| з|із| резервуару теплової енергії поступальної ходи частинок|частка,часточка| газу (або передана в цей резервуар). Для того, щоб такий процес був ефективним, передана в резервуар (отримувана|одержувана| з|із| резервуару) в одному зіткненні|сутичка| енергія не повинна перевищувати середню енергію теплового руху однієї частинки|частка,часточка| кТ. Іншими словами, дефіцит енергії даних станів повинен бути малий:
(13.2)
В цьому випадку відбувається|походити| так звана резонансна (квазірезонансна) передача енергії збудження.
У загальних рисах процес передачі енергії (13.1) описується швидкісним рівнянням вигляду|вид|
(13.3)
де τ — деякий ефективний час релаксації, а константа швидкості передачі енергії збудження, як завжди
K = <σv>(13.4)
Тут v — швидкість частинок|частка,часточка|, що стикаються, а перетин процесу передачі σ наближається до газокінетичного перетину σгк: σ→σгк, при виконанні умови (13.2). У правій частині|частка| рівняння (13.3) врахований зворотний процесс 
припускаючи для N, N*, n і п* виконання закону збереження|зберігання| числа частинок|частка,часточка|:
n + n* = n0, N + N* = N0(13.5)
з|із| (13.3) легко отримувати|одержувати|, що і стаціонарних умовах
(13.6).
За умови
KN0 >> 1/τ (13.7)
досягається рівень збудження акцепторів, максимально можливий при заданому рівні збудження донорів.
Отже, процес зіткнювальної передачі енергії збудження від частинок|частка,часточка| одного сорту|гатунок| частинкам|частка,часточка| іншого сорту|гатунок|, характерний|вдача| для тазових середовищ|середа|, ефективний при виконанні "умови (13.2). Цей процес ефективний в створенні|створіння| активного середовища|середа| лазера на основі частинок|частка,часточка| типу n шляхом збудження частинок|частка,часточка| типа N при виконанні умови (13.7).
Pис. 13.1. Передача енергії збудження по схемі N* + n → N — n*: пряма стрілка вгору|угору| — збудження частинок|частка,часточка| N, пряма стрілка вниз — випромінювання|здобуття| частинок|частка,часточка| n*, хвиляста стрілка вниз — релаксація нижнього лазерного рівня частинок|частка,часточка| п. Показана відсутність власної релаксації частинок|частка,часточка| N *..
Передача енергії збудження істотно|суттєво| розтирає можливості|спроможність| створення|створіння| газових лазерів, дозволяючи розділити в активному середовищі|середа| функції накопичення енергії збудження і подальшого|наступний| випромінювання на бажаній довжині хвилі. Процес відбувається|походити| в два етапи. Спочатку тим або іншим способом збуджуються частинки|частка,часточка| допоміжного газу — носія надмірної|надлишковий| енергії і виступаючого донором енергії збудження. Потім в процесах непружніх зіткнень|сутичка| енергія передається від газу-носія частинкам|частка,часточка| робочого|робітник| газа— акцептора енергії збудження, населяючи таким чином їх верхній лазерний рівень. Верхній рівень енергії допоміжного газу повинен володіти великим власним часом життя, щоб добре накопичувати|скупчувати,нагромаджувати| енергію.. Схематично даний процес показано на мал. 13.1.
Даний метод знайшов широке застосування|вживання|, оскільки|тому що| практично при всіх методах збудження (електророзрядному, газодинамічному, хімічному і т. д.) часто виявляється|опинятися| набагато вигіднішим безпосередньо вкладати енергію збудження не в ті частинки|частка,часточка|, випромінювання яких бажано, а в ті, які легко поглинають цю енергію, самі її не випромінюють і. охоче віддають своє збудження потрібним частинкам|частка,часточка|.
Перейдемо тепер до безпосереднього розгляду ряду|лава,низка| газових лазерів. Почнемо з атомарних газових систем, яскравим представником яких є|з'являтися,являтися| гелий-неоновый лазер. Добре відомо, що цей лазер був, по суті, першим. Початкові|вихідний| розрахунки і пропозиції|речення| відносилися до газових лазерів, головним чином, унаслідок|внаслідок| що вже обговорювалася нами більшому ступеню|міра| розуміння схем рівнів енергії і умов збудження в газовому середовищі|середа|. Все ж таки|все же| першим був створений рубіновий лазер внаслідок того, що цей монокристал був ретельно вивчений в радіоспектроскопії ЭПР і широко використовувався в квантовій електроніці СВЧ для створення|створіння| парамагнітних квантових підсилювачів (парамагнітних мазеров). Незабаром, в кінці|у кінці,наприкінці| того ж 1960 р., А. Джаван
. 
Мал. 13.2. Схема збудзення неона і гелію в електричному розряді (позначення стрілок ті ж, що і на мал. 13.1). Показана можливість|спроможність| каскадного заселення рівнів енергії Неону
У. Беннет і Д. Харриот створили гелий-неоновый лазер на хвилі 1,15 мкм. Найбільший інтерес до газових лазерів сформувався після|потім| відкриття|відчинення| генерації гелій-неонового лазера на червоної лінії 632,8 нм практично в тих же умовах, що і в першому запуску па хвилі 1,15 мкм. Це перш за все|передусім| стимулювало увагу до лазерних застосувань|вживання|. Лазерний промінь став інструментом.
Технічні удосконалення привели до того, що гелій-неоновий лазер перестав бути дивом лабораторної техніки і експериментального мистецтва і перетворився на відмінкове пристрій. Цей лазер добре відомий, він виправдовує свою популярність і заслуговує уваги.
В гелий-неоновом лазері робочою речовиною є|з'являтися,являтися| нейтральні атоми Неону. Збудження здійснюється электричним розрядом. Спрощена і разом з тим|в той же час| в якомусь сенсі|зміст,рація| узагальнена схема рівнів Неону приведена в правій частині|частка| рис.13.2. У електричному розряді при зіткненнях|сутичка| з |із|электронами збуджуються рівні E3,Е4, і Е5 Рівні Е4 і Е5 мета-стабільні, а рівень Е3 але|та| порівнянню з|із| ними є|з'являтися,являтися| більш короткоживучим. Тому, здавалося б, повинна легко виникати інверсія населеності рівнів Е4 і Е5 по отпоитеиию до Е3. Цьому, проте|однак|, заважає|мішати| метастабільний рівень Е2. У спектрах багатьох атомів, в тому число атомів інертних газів, є|наявний| такий долгоживущми метастабільний рівень. Заселяючись в. зіткненнях|сутичка| з|із| електроном, цей рівень не дає спустошуватися рівню Е3, що перешкоджає отриманню|здобуття| інверсії.
У чистому неоні створити інверсію в безперервному режимі важко|скрутно|. Ця трудність, що носить достатньо|досить| загальний|спільний| для багатьох випадків характер|вдача|, обходиться введенням|вступ| в розряд додаткового газу — донора енергії збудження. Цим газом служить гелій. Енергії двох перших збуджених метастабільних рівнів гелію F2 і F3 (рис. 13.2) досить точно співпадають|збігатися| з|із| енергіями рівнів Е4 і Е5 неона. Тому добре реалізуються умови резонансної передачі збудження по схемі
Не* + Ne → Ne* + Не + Екін.(13.8)
При правильно вибраному тиску|тиснення| Неону і гелію, що задовольняють умові (13.7), можна добитися заселення одного або обох рівнів Е4 і Е5 Неону, що значно перевищує таке у разі|в разі| чистого Неону, і отримати|одержати| інверсію населенностей цих рівнів по відношенню до рівня Е3.
Спустошення нижніх лазерних рівнів відбувається|походити| в зіткнювальних процесах, у тому числі і в зіткненнях|співзіткнення| із|із| стінками газорозрядної трубки|люлька|.
Підкреслимо, що знайшовший широке застосування|вживання| в квантовій електроніці газових лазерів метод передачі енергії від газу, що безпосередньо не працює, по легко порушуваного|збуджуваного|, до газу, що не накопичує|скупчувати,нагромаджувати| енергію збудження, але|та| легко випромінюючому|випромінюючий|, вперше|уперше| був реалізований в гелий-неоновом лазері.
Розглянемо|розгледимо| тепер детальніше схему рівнів нейтральних атомів гелію і Неону (мал. 13.3).
Пив;ним із|із| збуджених станів гелію 23S1 і 2lS0 відповідають енергії 19,82 і 20,61 еВ. Оптичні переходи з|із| них в основний стан lS0 заборонені в наближенні LS-зв’язку, дійсною для гелію. Стани 23S1 і 21So — це метастабильні стани з часом|згодом| життя приблизно 1 мс. Тому вони добре накопичують|скупчувати,нагромаджувати| енергію, що отримується|одержується| при збудженні електронним ударом.
Для Неону дійсна проміжний jl-зв'язок. На мал. 13.3 стани, що відносяться до однієї конфігурації, показані жирною лінією з|із| виділенням робочого підрівня. Для ідентифікації рівнів застосовані позначення Пашена, найбільш широко поширені в існуючій літературі. Рівні 3s2 і 2s2 близькі до метастабільних рівнів гелію 21S0 і 23S1, дефіцит енергії приблизно рівний 300 см-1. (Відмітимо|помітити|, що при 300 К kТ ≈ 210 см-1.) Стан 1s має великий час життя із-за резонансного полонення випромінювання через радіаційний зв'язок з|із| основним станом.
У Неоні s-стани мають великі часи життя, чим p-стан. Це, взагалі кажучи, дозволяє отримувати|одержувати| інверсію па переходах 2s →2р, 3s→Зр. Слідує|прямувати|, проте|однак|, мати на увазі, що стан 1s неона добре населяється в розряді і при не дуже|занадто| великих струмах|тік| розряду можливе ступінчасте|східчастий| (каскадне) заселення нижніх лазерних рівнів при переходах з|із| полягання 1s в 2р і Зр.
Введення|вступ| в розряд щодо|відносно| великої кількості гелію, що забезпечує зовнішній по відношенню до Неону інтенсивний капав|крапати| заселення станів 2s і 3s, знімає обмеження на можливість|спроможність| отримання|здобуття| інверсії в безперервному режимі.
рис. 13.3. Схема нижніх збуджених рівнів енергії гелію і Неону: прямі стрілки вгору|угору| — збудження гелію, хвилясті стрілки — передача енергії збудження від гелію до Неону, похилі прямі стрілки — випромінювання атомами неону. Канали релаксації нижніх лазерних рівнів пеона не показані.
Історично першою була отримана|одержана| генерація на переході 2s →2р. Осиовная потужність відповідає переходу 2s2 → 2p4 λ = 1,15 мкм..Потім була реалізована інверсія переходів 3s → Зр (3s2 → 3p4.λ= 3,39 мкм) і 3s→2p (3s2→2p4,λ=0,63 мкм).
Всі три види генерації відбуваються|походити| в приблизно однакових умовах розряду і мають однакові залежності потужності генерації від параметрів розряду. При цьому особливо важлива|поважний| конкуренція генерацій на хвилях 3,39 і 0,63 мкм, яким відповідають переходи із|із| загальним|спільний| верхнім рівнем. Тому генерація па однієї пз цих хвиль ослабляє|послабити,послаблювати| генерацію на іншій з|із| них. Діло ускладнене різкою відмінністю в коефіцієнтах посилення. Переходу 3s2 → 3p4 (3,39 мкм) відповідає посилення в 20 дБ/м, і тому на нім легко досягається генерація в простих, наприклад металевих, дзеркалах. Перехід 3s2 →2p4 (0,63 мкм) набагато капризніший|вередливіший|. Йому відповідає невелике посилення в 5—6%/м, що за інших рівних умов ніяк не може конкурувати з|із| гігантським посиленням в 20 дБ/м. Тому для отримання|здобуття| генерації у видимій області гелий-неоновый лазер забезпечується багатошаровими діелектричними інтерференційними дзеркалами, що володіють високим коефіцієнтом віддзеркалення|відображення,відбиття| тільки|лише| на необхідній довжині хвилі. Переходу 2s2 → 2р4 (1,15 мкм) відповідає посилення 10—20%/м, генерація досягається за допомогою діелектричних дзеркал.
Гелій-неоновий лазер є|з'являтися,являтися| газорозрядним лазером. Збудження атомів гелію (і Неону) відбувається|походити| в слабкострумовому|слаботочний| тліючому розряді. Взагалі, в лазерах безперервної дії на нейтральних атомах або молекулах для створення|створіння| активного середовища|середа| найчастіше використовується слабоіонізована плазма позитивного стовпа тліючого розряду. Щільність струму|тік| тліючого розряду складає 100—200 мА/см2. Напруженість подовжнього електричного поля така, що число тих, що виникають на одиничному|поодинокий| відрізку розрядного проміжку електронів і іонів|іон| компенсує|компенсувати| втрати заряджених частинок|частка,часточка| при дифузії до стінок газорозрядної трубки|люлька|. Тоді позитивний стовп розряду стаціонарний і однорідний. Електронна температура визначається твором|добуток| тиску|тиснення| газу p на внутрішній діаметр трубки|люлька| D. При малих pD електронна температура велика, при великих — низька. Постійність|незмінність| величини pD визначає умови подібності|подоба| розрядів. При постійній щільності числа електронів умови і параметри розрядів будуть незмінні, якщо незмінний твір|добуток| pD. Щільність числа електронів в слабоиоиизованиой п.ча.аме позитивного стовпа пропорційна|пропорціональний| щільності струму|тік|.
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |