Главная > Введение в физику лазеров
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 3. ИОННЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

В 1969 г. Голдсборо 112] обнаружил вынужденное испускание в парах металлического кадмия. В однократно ионизованном кадмии была получена генерация на длинах волн 4416 и 3250 А с мощностями 200 и соответственно. Это открытие послужило началом целой серии работ по ионным лазерам на парах различных металлов. Прежде всего заслуживают упоминания результаты Сильваста [13] из фирмы «Белл телефон лэбораториз», США.

В лазерах на нарах металлов очень важную роль играет гелий в качестве буферного газа. Возбуждение верхних лазерных уровней активных ионов происходит в значительной степени при посредстве атомов гелия. Давление гелия в трубке составляет несколько мм рт. ст., в то время как давление паров металла значительно ниже — порядка мкм рт. ст. Вид одной из первых разрядных трубок Не — Cd-лазера представлен на рис. 9.8, а. На рис. 9.8, б показана разрядная трубка, усовершенствованная Сильвастом. В первом варианте металлический кадмий находился в маленьком кварцевом резервуаре, который нагревайся до температуры около 240 °С. В дальнейшем ионы кадмия в процессе электрофореза попадали на катод. Через некоторое Время после начала разряда в трубке устанавливается приблизительно равномерное распределение плотности ионов кадмия. Это распределение успешно удается наблюдать в светящейся трубке благодаря зеленой окраске кадмиевой плазмы. Во втором варианте конструкции Сильваста кадмиевые кольца размещались в трубке на расстоянии около 10 см друг от друга и разогревались непосредственно электрическим разрядом.

Сегментированный Не — Cd-лазер Сильваста и Шето генерировал световой пучок с длиной волны 4416 А и мощностью 10 мВт,

Рис. 9.8. Разрядная трубка гелий-кадмисвого лазера с центральным источником паров кадмия (а) и сегментированная конструкция Сильваста и Шето (б).

а также пучок ультрафиолетового излучения при мощности Разрядная трубка имела диаметр 2 мм и длину 26 см. Максимум излучения лазера наблюдался при токе разряда, равном 67 мА и давлении гелия 6 мм рт. ст. В сравнении с -лазером разрядный ток в трубке лазера на парах металла в несколько раз выше. На рис. 9.9 (на вклейке в конце книги) показан след пучка Не — Cd-лазера, разделенный пространственно с помощью призмы. Вскоре после открытия Голдсборо вынужденное испускание наблюдали в парах олова, цинка, свинца и селена.

Ионизация аргона или ртути не происходит непосредственно при соударениях с электронами, а обеспечивается соударениями II рода. Уже Пеннинг [14] заметил, что добавление в разрядную трубку с неоном небольших количеств аргона или ртути существенно влияет на снижение потенциала зажигания ртути (т. е. облегчает инициирование разряда). В указанных смесях ионы появляются даже при соударениях с медленными электронами.

Напомним здесь вкратце основные свойства этого процесса. Будем рассматривать соударения II рода. Если атомы X находятся в возбужденном состоянии X и если энергия возбуждения больше энергии ионизации атомов находящихся в контакте с атомами X, возможен следующий процесс:

Если возбуждение ионов пара металла имеет характер соударении Пеннинга, то коэффициенты усиления для линий 4416 и 3250 А должны удовлетворять соотношению

где коэффициенты относятся к центру доплеровски-уширенной эмиссионной линии (они определяют усиление излучения на единицу длины активной среды), а о — усредненное по скоростям эффективное поперечное сечение ионизации типа Пеннинга для верхнего лазерного уровня. Считая, что получаем

что хорошо согласуется с результатами экспериментов. Как показал Сильваст, возбуждение лазера на парах металла обеспечивается главным образом ионизацией типа Пеннинга.

Энергии ионизации неона и аргона составляют соответственно 21,5 и 15,7 эВ. Электрон с энергией около 16 эВ может ионизовать атом аргона следующим образом:

Таблица 9.3 (см. скан) Параметры некоторых лазеров на парах металлов


где через Ne обозначено метастабильное состояние селективного возбуждения неона. Непосредственные соударения атомов аргона с электронами маловероятны ввиду низкой концентрации аргона.

В Не — Cd-лазере возбуждение ионов лишь частично происходит при соударениях с электронами. Напомним, что концентрация ионов паров металла во много раз меньше концентрации ионов вспомогательного газа. Главную роль играют поэтому соударения второго рода с атомами гелия, находящимися в метастабильном состоянии:

В табл. 9.3. приведены важнейшие эмиссионные линии некоторых лазеров на парах металлов согласно Сильвасту. Например, в парах селена получена генерация на многих линиях. При токе разряда около 200 мА мощность лазерного пучка составляла около 30 мВт. Все наблюдавшиеся в селене лазерные переходы начинаются с уровня который почти совпадает с основным состоянием иона гелия. По мнению Сильваста, возбуждение почти всех линий селена обусловлено в основном процессом перезарядки, который Можно записать следующим образом:

Для паров цинка процесс перезарядки может протекать аналогичным способом:

или

и далее

Механизм возбуждения паров металлов, приводящий к лазерной генерации, продолжает оставаться предметом многочисленных работ. В некоторых случаях главную роль играет ионизация типа Пен-нинга, в других — процесс перезарядки.

В заключение приведем прекрасный пример возможностей лазеров на парах металлов. Это лазер, генерирующий белый свет [15]. На рис. 9.10 (на вклейке в конце книги) виден плазменный разряд в этом лазере, а также разделенные с помощью призмы три основных световых пучка (красный: 6360 и 6355 А, зеленый: 5378 и 5338 А и голубой: 4416 А). Лазер работает на парах кадмия с добавлением гелия в качестве вспомогательного газа. При Читающем напряжении 250 В и токе разряда 0,6 А выходная мощность пучка

Рис. 9.11. Детали полого катода лазера белого света [15].

Катод имеет форму флейты (flute-type hollow cathode). Металлический кадмий находится внутри медного капилляра.

Рис. 9.12. Зависимости мощностей цветных пучков лазера белого света от давления гелия (а) и температуры катода (б) [15].

белого света составляет 10 мВт. Лазер Фуджии и др. отличается довольно необычной конструкцией разрядной камеры. Она имеет форму флейты (рис. 9.11) и представляет собой полый катод, в котором существенную роль играют катодное темное пространство и отрицательное свечение. Катод выполнен из медной трубки длиной 80 см с внутренним диаметром 4 мм. В трубке имеется ряд отверстий, расположенных напротив вольфрамовых анодных проволочек. Катод помещен в оправу из пирекса. С помощью такого катода удалось получить излучение одновременно в красной, зеленой и голубой областях видимого спектра. На рис. 9.12 показаны зависимости мощностей отдельных пучков от давления гелия и температуры катода. Возможность регулировать интенсивность трех основных пучков позволяет получить в результате их смешения идеальный источник белого света.

1
Оглавление
email@scask.ru