§ 3. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЛАЗЕР НА СО

Молекулярный лазер на окиси углерода мкм) обладает существенными особенностями, которые отличают его от других молекулярных лазеров. Ниже перечислены важнейшие из этих особенностей:

а) весьма эффективное преобразование электрической энергии в колебательную энергию молекул,

б) структура колебательных энергетических уровней облегчает достижение инверсии (вследствие ангармоничности),

в) высокий квантовый выход,

г) медленная релаксация от колебательных к поступательным состояниям (процессы типа V — Т) и быстрая релаксация колебательных состояний (процессы типа

Это позволяет создать непрерывный лазер на СО с КПД, равным 47% (при обычной схеме питания) или до 65% (при возбуждении с помощью электронной пушки). Согласно Баумику [18] и Манну [19] около 80% энергии электронов в газовом разряде может перейти в колебательную энергию молекул СО, если средняя температура электронов в разряде поддерживается на уровне 1,7 эВ. Величина температуры существенно влияет на процесс передачи энергии от электронов к молекулам.

Структура колебательных энергетических уровней молекулы СО характеризуется небольшой ангармоничностью (около Это упрощенно показано на рис. 10.11. Лазерная генерация может возникнуть между произвольной парой энергетических уровней, если система находится в состоянии инверсии. Конечное состояние одного лазерного перехода может служить начальным состоянием для другого лазерного перехода. Молекула СО в конечном состоянии (по отношению к лазерной генерации) может быть снова возбуждена при соударении, а ее возврат в основное состояние не является необходимым условием. Поэтому теоретический квантовый

Рис. 10.11. Структура колебательных уровней молекулы СО. Вследствие ангармоничности колебаний энергия, отдаваемая молекулой, находящейся в нижнем энергетическом состоянии, несколько превышает (на величину энергию, которую способна принять молекула, находящаяся в верхнем энергетическом состоянии [19].

выход превышает 90%. Вследствие ангармоничности колебаний молекулы СО более высокие колебательные уровни расположены чаще. Энергия, переданная молекуле при соударении, не может быть поглощена целиком. Избыток показанный на рис. 10.11, превращается в тепло. Распределение молекул, довольно значительно отличающееся от распределения Больцмана, особенно часто встречается, когда . В ансамбле молекул СО прямой переход колебательной энергии в тепловую в процессе происходит необычно медленно. Лазер на СО работает тем эффективнее, чем ниже его температура (температура кипения СО равна 83 К). Вблизи температуры кипения самый нижний колебательный (лазерный) переход осуществляется между уровнями Чаще всего лазер на СО работает на многих колебательно-вращательных линиях (линии ветви

Для повышения КПД процесса оптической накачки в активную среду лазера на СО добавляют аргон или азот, также в отношении

Небольшой сверхзвуковой лазер на СО с объемом активного вещества около способен в режиме квазигигантских импульсов генерировать излучение мощностью 100 кВт. При импульсном возбуждении энергия пучка достигает 200 Дж. Читателям, желающим подробнее познакомиться с работой лазера на СО, рекомендуем обширный обзор Соболева и Соковикова 120].