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
§ 4. ГАЗОВЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАЗЕРЫ (ионные и на нейтральных атомах)При рассмотрении ионного аргонового лазера и лазеров на парах металлов мы уже упоминали о том, что некоторые линии поддаются возбуждению в непрерывном и импульсном режимах, а некоторые — только в импульсном. Класс импульсных лазеров в настоящее время настолько широк, что требует отдельного рассмотрения. Лазерная генерация в газах в импульсном режиме получена по меньшей мере на нескольких сотнях длин волн, которью перекрывают диапазон от вакуумного ультрафиолета (около 1600 А) до субмиллиметровых волн (около 0,79 мм). В импульсном режиме могут работать как лазеры на нейтральных атомах, так и ионные, и молекулярные (см. гл. 10). Усиление света в разрядных трубках современных импульсных газовых лазеров достигает В общем случае инверсия населенностей соответствующих энергетических уровней в газе легче достигается в импульсном режиме, чем в непрерывном. Прежде всего мощность системы накачки может быть повышена на несколько порядков величины, и, кроме того, вообще не возникает проблемы перегрева активной среды, так как энергия единичного импульса накачки не должна быть большой. Основное условие получения инверсии в импульсном режиме состоит в том, что вероятность лазерного перехода должна быть меньше полной вероятности релаксации населенности конечного состояния. В большинстве непрерывных газовых лазеров уменьшение населенности конечного состояния происходит в результате спонтанных переходов в основное состояние. В случае импульсного лазера нет необходимости в быстрой релаксации конечного состояния. Таким образом, инверсия населенностей получается в условиях, часто встречающихся в газах и газовых смесях. Исчерпывающее рассмотрение импульсных газовых лазеров дано в обзоре Петраша 116]. КПД газового непрерывного лазера равен
Чнепр — энергия кванта лазерного перехода, Если газ находится в атомарном состоянии, то в процессе разряда большая часть энергии расходуется на возбуждение первого резонансного состояния (известный эксперимент Франка — Герца). Этот эффект особенно ярко выражен в парах ртути. Первое состояние резонансного возбуждения характеризуется чрезвычайно высоким эффективным поперечным сечением при соударении с электроном. Если первое резонансное состояние является в то же время и лазерным уровнем, КПД лазера максимален. В этом случае конечное состояние метастабильно. Такая структура уровней оптимальна для получения лазерной генерации в импульсе. Она дает КПД лазера
где На практике достаточно легко достигается КПД импульсного лазера около 10%. В импульсном режиме длительность оптической накачки должна быть сравнима с временем релаксации состояния инверсии. В табл. 9.4 и 9.5 указаны некоторые важнейшие лазерные переходы в газах в атомарном и ионизованном состояниях, на которых получена генерация в импульсном режиме. В парах сурьмы получено излучение с необычно короткой длиной волны 1504 А. Недавно Вейнант [17] сообщил о получении вынужденного Таблица 9.4 (см. скан) Некоторые квантовые переходы в парах металлов и газах, применявшиеся в импульсных лазерах на атомарных газах испускания в полосе ниже 2000 А при электрическом разряде в трехкратно ионизованных атомах углерода Таблица 9.5 (см. скан) Некоторые квантовые переходы в парах металлов, применявшиеся в ионных лазерах света в области разряда система может работать даже без наружных зеркал. Наконец, Ходжсон и Дрейфус [18] получили импульсную лазерную генерацию в водороде при давлении от 20 до 100 мм рт. ст., возбуждаемом электронным потоком. Наблюдалось излучение на следующих длинах волн: 1161, 1240, 1520 и 1615 А. Генерация излучения в ультрафиолетовой области спектра, и особенно в области вакуумного ультрафиолета, затруднена из-за отсутствия соответствующих оптических элементов для конструкции лазера и больших трудностей в создании достаточно продуктивного источника накачки. Коэффициент усиления ультрафиолетового излучения очень мал. Приведем здесь краткий анализ генерации в ультрафиолетовой области спектра из работы Родеса [19]. В соответствии с известной формулой Шавлова и Таунса коэффициент усиления для центра рассматриваемой эмиссионной линии равен
где Примем для простоты, что квантовая система является двухуровневой. Пусть
где Положим
где
Релаксация возбужденных атомов (ионов) из верхнего состояния 2 в состояние 1 пропорциональна
Если время релаксации
где Теперь следует рассмотреть форму эмиссионной линии. Если линия уширена за счет эффекта Доплера, то
формулы (9.7) ясно показывают, насколько велика должна быть энергия накачки при увеличении частоты излучения лазера. На преодоление порога возбуждения лазерной генерации существенное влияние оказывает также форма линии рассматриваемого перехода. В заключение хотелось бы также обратить внимание на то довольно очевидное обстоятельство, что в каждом лазере на нейтральных атомах всегда имеются значительные количества возбужденных ионов. Они образуются в процессе электрического разряда, даже если ток разряда составляет десятки миллиампер. Энергетические уровни иона всегда выше соответствующих уровней нейтрального атома (см. рис. 9.7). Поэтому оптическая накачка в ионных лазерах, особенно импульсных, должна быть весьма интенсивной. ЛИТЕРАТУРА(см. скан)
|
1 |
Оглавление
|