§ 2. ОПТИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ИОНОВ АРГОНА И ДРУГИХ ГАЗОВ

В ионных лазерах, кроме аргона, находят применение и другие газы, например криптон, ксенон, гелий, неон, хлор, азот, а также пары металлов: Cd, Sn, Zn, Se, Pb, Hg, Си, Tl, Au, Mn и др. Лазеры на парах металлов рассмотрены в § 3.

Согласно Беннетту 14] оптическая накачка в возбужденное состояние (рис. 9.7) реализуется по двухэлектронной схеме:

звездочкой обозначено возбужденное состояние. Однако Гордон [7] предлагает следующую схему процесса возбуждения:

(Аг+)+е.

В первом случае возбуждение происходит непосредственно из основного состояния. В настоящее время преобладает точка зрения, что в импульсных ионных лазерах инверсия населенностей достигается главным образом путем непосредственного возбуждения атомов (при соударениях с электронами) из основного состояния на верхние лазерные уровни. В лазерах же непрерывного действия инверсия достигается в двух- или многоступенчатых процессах. Сначала происходит ионизация атома, при которой возникает ион в основном или метастабильном состоянии, затем — при последующих соударениях — ион возбуждается до более высоких уровней, откуда переходит на соответствующие лазерные уровни. При непрерывном разряде ток в трубке невелик, поэтому атом может получить при одном соударении энергию порядка энергии ионизации. В

Рис. 9.7. (см. скан) Структура энергетических уровней возбужденного иона аргона с указанием лазерных переходов.

импульсном разряде энергия, получаемая атомом, может быть в несколько раз выше. Инверсия населенности в системе достигается главным образом благодаря разнице времен жизни в состояниях . Для сохранения инверсии населенностей в системе должно происходить достаточно быстрое опустошение уровня Оно происходит путем спонтанного испускания в области вакуумного ультрафиолета при переходе в основное состояние иона а затем — путем рекомбинации — в основное атомное состояние. В табл. 9.1 приведены характеристики типичного аргонового лазера, генерирующего когерентное излучение в фиолетовой, голубой и зеленой областях спектра. В третьем столбце приведены спектроскопические обозначения соответствующих квантовых переходов (вынужденных).

Таблица 9.1 (см. скан) Характеристики аргонового лазера

Для сравнения аргона с другими газами в ионизованном состоянии в табл. 9.2 указаны области генерации излучения в аргоновом, криптоновом и ксеноновом разрядах. Читателям, желающим ближе познакомиться с аргоновым лазером, рекомендуем обширный обзор Китаевой и др. [8] и две статьи на польском языке [10, 11].

Таблица 9.2 (см. скан) Области генерации излучения в наиболее часто применяемых ионизованных газах