6.3.2.2. He—Cd-лазер

На рис. 6.13 показаны уровни энергии в системе имеющие отношение к лазерной генерации. Накачка верхних лазерных уровней осуществляется с помощью гелия через нонизацию Пеннинга. В общем случае этот процесс молено записать в виде

где ион в конечном состоянии может оказаться как возбужденным, так и невозбужденным.

Рис. 6.13. (см. скан) Основные уровни энергии Не-Cd-лазера.

Разумеется, данный процесс протекает лишь в том случае, когда энергия возбужденного атома А больше или равна энергии, необходимой для ионизации атома В. Избыточная энергия переходит в кинетическую энергию электрона. Процесс протекает наиболее эффективно, если возбужденные частицы А находятся в метастабильном состоянии. Заметим, что в отличие от резонансной передачи энергии ионизация Пеннинга является нерезонансным процессом;

необходимо лишь, чтобы энергия возбуждения атома А была больше, чем энергия ионизации или энергия возбуждения атома В (если атом В должен остаться в возбужденном состоянии). Действительно, любая избыточная энергия может быть передана в кинетическую энергию искусственного электрона. В реакции (6.5) в случае Не-Cd-лазера в качестве частицы А выступает гелий в метастабильных состояниях 25 и 235, и это возбуждение при столкновении передается возбужденному иону Cd+. Хотя процесс и не резонансный, оказалось, что сечение возбуждения состояний примерно в три раза больше, чем сечение возбуждения состояний Р. Однако более важно то, что время жизни состояний много больше времени жизни состояний . Поэтому можно без труда достичь инверсии населенностей между состояниями и Р. Лазерная генерация была получена на линиях и . Затем вследствие излучательной релаксации ионы переходят в основное состояние

Типичная конструкция Не-Cd-лазера имеет вид трубки с двумя выходными окошками под углом Брюстера, а оба зеркала смонтированы отдельно от трубки. В одной из возможных конфигураций в трубке, заполненной гелием, рядом с анодом имеется небольшой резервуар с металлом. Этот резервуар нагревается до достаточно высокой температуры чтобы в трубке создалось необходимое давление паров. Когда пары достигают области разряда, часть атомов ионизуется и движется по направлению к катоду. В самом разряде выделяется достаточно много теплоты, чтобы предотвратить осаждение паров на стеклах трубки. Однако пары конденсируются, когда достигают катодной области, в которой нет разряда и температура низка. В результате в трубке возникает непрерывный поток паров металла от анода к катоду (катафорез). Поэтому, чтобы обеспечить длительную работоспособность трубки, ее нужно снабдить достаточным запасом на Выходные мощности Не-Cd-лазеров могут составлять что ставит их в промежуточное положение между красными Не-Ne-лазерами (несколько милливатт) и -лазерами (несколько ватт). Не-Cd-лазеры представляют интерес для многих применений, когда необходимо иметь пучки синего или ультрафиолетового света умеренной мощности (т. е. для высокоскоростных лазерных принтеров, голографии).