6.3. Газовые лазеры
Вообще говоря, энергетические уровни в газах уширены довольно слабо (ширина порядка нескольких гигагерц и меньше), поскольку действующие в газах механизмы уширения слабее, чем в твердых телах. Действительно, в газах, находящихся при обычных для лазеров давлениях (несколько мм рт. ст.), столк-новительное уширение очень мало и ширина линий определяется главным образом доплеровским уширением. В связи с этим в газовых лазерах не используется, как в твердотельных лазерах, оптическая накачка с помощью ламп. В самом деле, такая накачка была бы крайне неэффективна, поскольку спектр излучения этих ламп является более или менее непрерывным, в то время как в активной газовой среде нет широких полос поглощения. Как уже упоминалось в гл. 3, единственный случай, когда генерация была получена в газе при оптической накачке такого типа, — это цезий, возбуждаемый линейной лампой, заполненной гелием. В данном случае условия для оптической накачки вполне благоприятны, поскольку некоторые линии излучения Не совпадают с линиями поглощения 
Однако цезиевый лазер
представляет интерес скорее в историческом плане, так как именно эта схема была предложена в первой работе Шавлова и Таунса.
Газовые лазеры накачиваются, как правило, электрически, т. е. накачка достигается при пропускании достаточно сильного (постоянного, высокочастотного или импульсного) тока через газовую среду. Основные механизмы накачки в газовых лазерах уже обсуждались в разд. 3.3. В данной главе мы познакомимся с другими механизмами накачки, которые характерны для отдельных лазеров (например, с ионизацией Пеннинга). Кроме того, следует заметить, что накачку некоторых лазеров можно осуществить иным путем, отличным от электрического возбуждения. В частности, мы упомянем о накачке посредством газодинамического расширения, химической накачке и оптической накачке от другого лазера.
Из возбужденного состояния частица может перейти на более низкие энергетические уровни (в том числе и в основной) благодаря следующим четырем различным процессам: 1) столкновениям возбужденной частицы с электроном, при которых частица передает свою энергию электрону (столкновения второго рода); 2) столкновениям между атомами (в газовой смеси, состоящей из более чем одной компоненты); 3) столкновениям частицы со стенками сосуда и 4) спонтанному излучению. В случае последнего процесса следует всегда учитывать возможность захвата излучения (особенно для обычно очень сильных переходов в УФ- и ВУФ-диапазоне). Этот процесс, который уже обсуждался в разд. 2.7.1, уменьшает эффективную вероятность спонтанного излучения.
При данном значении тока электрического разряда все эти процессы возбуждения и релаксации приводят в конечном счете к установлению некоторого равновесного распределения населенности по энергетическим уровням. Таким образом, можно видеть, что в газовых лазерах из-за большого числа протекающих в газах процессов механизм создания инверсии населенностей является более сложным по сравнению с твердотельными лазерами. Вообще говоря, инверсия населенностей между двумя данными уровнями возникает при выполнении одного (или обоих) следующих условий: 1) скорость возбуждения верхнего лазерного уровня больше, чем нижнего, и 2) скорость релаксации верхнего лазерного уровня меньше, чем нижнего. Напомним, что последнее условие необходимо для реализации непрерывной генерации [см. (5.25) ]. Если это условие не выполняется, то генерацию тем не менее можно получить, но лишь в импульсном режиме и при выполнении первого условия (лазеры на самоогра-ниченных переходах).
