Устройство газовых лазеров.

Активной средой в газовых лазерах является газ или смесь газов в стеклянной или кварцевой трубке. Зеркала резонатора устанавливают вблизи концов внутри трубки или за ее пределами (рис. 105).

Наиболее распространенными являются неон-гелиевые лазеры. С помощью внешних электродов и высокочастотного генератора в трубке, содержащей смесь гелия Па) и неона Па), возбуждается газовый разряд. В плазме газового разряда атомы гелия и неона возбуждаются при неупругих столкновениях с электронами. Вероятности возбуждения атома на различные уровни неодинаковы. В некоторые состояния атом переходит с большей вероятностью. Если большим оказывается и время их жизни в этих состояниях, то такие состояния можно использовать в качестве верхних рабочих уровней для создания инверсной заселенности.

Упрощенная схема энергетических уровней неона и гелия показана на рисунке 106.

Основным, или рабочим, газом является неон. В возбужденных атомах неона электроны занимают уровни Время жизни на уровнях больше, чем на

Рис. 105. Схема устройства газового лазера: — газоразрядная трубка, 2— электроды, 3 — непрозрачное зеркало, 4 — частично прозрачное зеркало.

Рис. 106

расположенном ниже уровне . Это дает возможность создать инверсную заселенность уровней относительно уровня Но генерация, наблюдающаяся в чистом неоне, очень слаба. Для увеличения заселенности уровней неона в разрядную трубку добавляется гелий. Среди возбужденных уровней атома гелия уровни близки по энергиям к уровням неона. Это обстоятельство делает возможной резонансную передачу энергии возбужденными атомами гелия атомам неона при неупругих столкновениях. Возбуждение атомов гелия осуществляется электронными ударами.

Уровни гелия являются метастабильными. Поэтому концентрация атомов гелия, находящихся в возбужденных состояниях оказывается в газоразрядной плазме довольно высокой. Вероятность встречи возбужденных атомов гелия с невозбужденными атомами неона повышается при увеличении концентрации гелия, которая оказывается оптимальной, если атомов гелия в 5—10 раз больше, чем атомов неона.

Резонансная передача энергии возбужденными атомами гелия атомам неона приводит к возникновению инверсной заселенности уровней атомов неона. Переходы с этих уровней на уровень могут обеспечить генерацию когерентного индуцированного излучения с длинами волн 632,8 и 1150 нм.

Если есть необходимость усилить генерацию только видимого излучения с длиной волны 632,8 нм, нужно подавить генерацию инфракрасного излучения с длиной волны 1150 нм. Это достигается применением зеркал, отражающих, а следовательно, и усиливающих только излучение с длиной волны 632,8 нм. Тогда первые же кванты спонтанного излучения, многократно отражаясь от зеркал резонатора, вызывают лавинообразное увеличение интенсивности света с длиной волны 632,8 нм. Неон-гелиевые лазеры обладают небольшими значениями КПД, порядка

Среди газовых лазеров выделяются лазеры на углекислом газе Их КПД 10-40%, а мощность достигает десятков киловатт.