2.4.2. Газовый лазер на ионах аргона и криптона

Лазеры на ионах благородных газов являются непрерывно действующими лазерами, наибольшая мощность излучения

Рис. 2.15. Схема энергетических уровней лазера на ионах аргона.

которых приходится на видимую область спектра. В зависимости от их типа выходная мощность изменяется в пределах от (маленькая разрядная трубка с воздушным охлаждением) до (длинная система газового разряда высокой мощности с водяным охлаждением). К. составляет около Важнейшими представителями лазеров на ионах благородных газов являются лазеры на ионах аргона и криптона. Наиболее интенсивные лазерные переходы приведены в табл. 2.1. Лазерное излучение возникает при переходах между уровнями (чаще всего невырожденными) ионизованного аргона или криптона (рис. 2.15). Типичным для верхнего лазерного уровня является уровень -группы, а для нижнего лазерного уровня — уровень -группы.

В лазерах, действующих в непрерывном режиме, верхний лазерный уровень можно возбудить путем двух электронных ударов, происходящих в дуговом разряде при большой плотности тока и низком давлении (например, при плотностях тока порядка и при давлении газа 70 Па в трубках с диаметром 2,5 мм). Максимальная плотность тока ограничена

Таблица 2.1. Интенсивные лазерные переходы в лазерах на ионах аргона и криптона

собностью разрядной трубки выдерживать нагрузки. Подходящими оказываются такие материалы, как графит и окись бериллия, отличающиеся хорошей теплопроводностью и стойкостью по отношению к ионной бомбардировке.

Рис. 2.16. Устройство аргонового лазера. 1 — зеркала резонатора; 2 — газоразрядная трубка; 3 — окно Брюстера; 4 — канал разряда; 5 — канал обратного тока, 6 — катоды; — источник разрядного тока; 9 — магнитная катушка; 10 — источник тока, создающего магнитное поле; — графитовые диски или диски из сегментированного лазера; 12 — охлаждающая вода. Диаметр канала разряда от 1 до 10 мм; давление газа от 1 до 100 Па; ток разряда от 30 до 300 А, к. п. д. ; аксиальное магнитное поле от 2 до диаметр излучаемого пучка от 0,5 до 2 мм. Канал обратного тока 5 рядом с каналом разряда 4 необходим при непрерывном режиме работы лазера, чтобы газ мог протекать обратно к катоду. Электроны передают некоторую часть своего аксиального импульса нейтральным атомам газа, которые поэтому движутся в направлении анода и тем самым создают перепад давления в пространстве между анодом и катодом.

Часто нагрузка на разрядную трубку снижается посредством наложения продольных магнитных полей порядка причем одновременно возрастает эффективность лазерного процесса (рис. 2.16).

При первом ударе двухступенчатого возбуждения происходит ионизация благородного газа, причем образующиеся ионы находятся в основном состоянии. После второго удара ион может быть возбужден непосредственно до верхнего лазерного уровня. Вследствие такого ступенчатого процесса возрастает инверсия населенностей, пропорциональная квадрату плотности тока. Опустошение нижнего лазерного уровня происходит путем спонтанного испускания на длине волны нм.

В типичных условиях режима работы лазера на ионах благородного газа однородное и неоднородное уширения имеют приблизительно один и тот же порядок величины. Для лазера на ионах аргона (переход нм) доплеровская ширина составляет приблизительно Однородная ширина линии заключена между 0,5 и Она обусловлена главным образом эффектом Штарка, возникающим благодаря высоким плотностям электронов и спонтанным испусканием. Заметим, что естественная ширина линии составляет Большое однородное уширение влечет за собой сильную конкуренцию мод, и если не принять особые меры, то она может легко привести к значительным флуктуациям амплитуды в многомодовом режиме. В лазере на ионах благородного хаза особый эффект вызывается относительно большой скоростью дрейфа ионов Он заключается в расщеплении контура усиления в лазере на две доплеровские кривые с расстоянием между ними порядка

Для генерации в непрерывном режиме лазерами на ионах благородного газа ультракоротких световых импульсов чаще всего используют активную синхронизацию мод, для осуществления которой применяют акустооптические модуляторы (см. гл. 4). Однако синхронизация мод может быть достигнута также и пассивным способом, например путем применения растворов красителей [2.5].

Лазеры на ионах благородного газа с синхронизацией мод имеют особенно важное значение как источники синхронной накачки лазеров на красителях (см. гл. 5).