6.3.3. Молекулярные газовые лазеры

Эти лазеры используют переходы между энергетическими уровнями молекулы. В зависимости от типа участвующего в генерации перехода молекулярные лазеры можно разделить на

следующие три класса. Во-первых, это лазеры на колебательновращательных переходах. В таких лазерах используются переходы между колебательными уровнями одного и того же электронного состояния (основного состояния). Разница энергий между уровнями перехода такого типа (см. разд. 2.9) означает, что эти лазеры генерируют в среднем и далеком ИК-диапазонах (5—300 мкм). В настоящее время наиболее важное значение из этого класса лазеров имеет -лазер, генерирующий на длине волны 10,6 или 9,5 мкм. Следует упомянуть и другие примеры: СО-лазер и химический . Во-вторых, лазеры на электронно-колебательных (вибронных) переходах. В таких лазерах используются переходы между колебательными уровнями различных электронных состояний. В этом случае длина волны генерации обычно попадает в УФ-область спектра. Наиболее интересный пример этой категории лазеров — азотный нм). Отдельный класс лазеров, который можно было бы отнести к вибронным лазерам, составляют эксимерные лазеры. В этих лазерах используются переходы между различными электронными состояниями специальных молекул (эксимеров) с длиной волны излучения, как правило, в УФ-диапазоне. Однако эксимерные лазеры используют не только переходы между связанными состояниями (связанно-связанные переходы), но и (на самом деле даже чаще) переходы между связанным верхним состоянием и основным состоянием, в котором атомы отталкиваются друг от друга (связанно-свободные переходы). Поэтому целесообразно рассматривать эти лазеры как самостоятельную категорию. В-третьих, лазеры на чисто вращательных переходах. В них используются переходы между различными вращательными уровнями одного и того же колебательного состояния (как правило, возбужденного колебательного уровня основного электронного состояния). Соответствующая длина волны генерации попадает в дальний ИК-диапазон (25 мкм — 1 мм). Поскольку эти лазеры на чисто вращательных переходах играют менее важную роль, чем остальные категории, в последующих разделах не будем их рассматривать. В этой связи мы ограничимся тем замечанием, что в лазерах данного типа труднее получить генерацию, так как релаксация между вращательными уровнями происходит, как правило, с очень большой скоростью. Поэтому такие лазеры обычно накачивают оптически, используя выходное излучение другого лазера (как правило, -лазера). Оптическая накачка возбуждает данную молекулу (например, ) на вращательный уровень, принадлежащий некоторому колебательному состоянию выше основного уровня.

Поеле этого генерация осуществляется на переходах между вращательными уровнями данного верхнего колебательного состояния.