|
|
Наиб, распростран╦нный лазер этого типа ≈ Не≈С<1-лазер. Линии с Л≈441,6 им и 325,0 им побуждаются процессом Пеннинга, все остальные ≈ перезарядкой с ионом Нс + или каскадами переходов с уровней, населяемых перезарядкой (рис, 3), Не≈Cd-лаасры ср. размеров позволяют получить мощность генерации в непрерывном режиме -≈10≈50 мВт на липни Х= ≈ 141,6 им при кпд ~G,1% и неск. мВт на линии Я≈ =325,0 ны. Близкими характеристиками обладает Не ≈ Sc-лазер, генерирующий на мн. линиях гл. обр. в зел╦ной области спектра.
Для возбуждения ионных лазероп этого типа обычно используют тлеющий разряд, пары металла вводят с помощью катофореза. Часто используют также разряд в полом катоде и поперечный ВЧ-разряд. При этом хорошо заселяются уровни, возбуждаемые перезарядкой.
Рскомбинационные лазеры. Инперсия образуется в в процессе рекомбинации ион,ов и электронов, В этом процессе уровни атомов или ионов заселяются не «снизу», а «сверху». Генерация возникает во время послесвечения импульсного разряда, когда происходит интенсивная рекомбинация. Рскомбинац. лазеры реализованы на мн. переходах атомов и атомарных ионов в УФ-, видимой и ИК-области спектра. Наилучшие характеристики генерации получены на линиях иона Sr+ (Х=430,5 и 41(5,2 им) и Са+ (Х-373,7, 370,15 им). Скорость рекомбинации резко раст╦т с уменьшением энергии (охлаждением) электронов. Для ускорения охлаждения в разряд вводят легкий буферный газ Не при давлении 200≈fiOO мм рт. ст. На линиях Sr+ получена генерация со ср. мощностью до 2 Вт при кпд ~ОД%. Предполагается, что с помощью рекомби-нац, лазеров удастся получить генерацию в КВ-области спектра вплоть до рентгеновской.
Молекулярные лазеры
Электронные переходы молекул. Вероятность возбуждения электронных состояний молекул электронным ударом того же порядка, что и для возбуждения уровней атомов. Однако из-за наличия колебат. и вращат. возбуждений электронные уровни молекул расщепляются на большое число подуровней. При возбуждении в разряде инверсия иаселйнпостей распределяется по большому числу переходов, в связи с чем на электронных молекулярных переходах труднее получить большое усиление. Эта трудность увеличивается при
переходе от простых и л╦гких молекул к более сложным и тяж╦лым, а также с увеличением темп-ры.
Однако прямое электронное возбуждение позволило получить генерацию на электронных переходах молекул N2, Н2, Da, HD, СО, N0. Наиб- распростран╦н М^-лазер. Прямым электронным ударом наиб.
пего и нижнего колебат. уровней). Лазер возбуждается, как правило, в поперечном разряде и имеет пиковую мощность ~ 1 мВт при кпд до ОД% и длительности импульса и носк. не.
Генерация получена и па др. электронных переходах N2 видимой и ближней ИК-области спектра, а также на переходах СО в видимой и УФ-области спектра, на переходах Нг, D2 и HD в ближней И К- и УФ-области спектра, на молекуле N0 в ИК-области спектра. Мощности генерации на этих переходах значительно меньше, чем УФ-лазера па Na.
Мощная генерация получена в смеси N^+Ar в поперечном разряде высокого давления. В этом случае накачка верхних рабочих уровней молекулы N2 происходит за сч╦т процесса передачи энергии от метаста-бнльных атомов Аг. Наиб, мощность получается на переходе С8ПЙ -+ B*ng (i/^O -»- */'=!), А,-357,7 им. В смеси Na-hHe при высоких давлениях получена гене-
рация на переходах В2,ц ->X2g молекулярного иона N2". Это пока единств, случай генерации на электронных переходах молекулярного иона. Наиб, интенсивна генерация с А≈ 427,8 им. Осн. механизм накачки верхних лазерных уровней ≈ перезарядка па ионе Не + .
Эксимерные и эксиплексные лазеры генерируют на электронных переходах молекул, существующих в виде прочных соединений только в возбужд╦нных состояниях и распадающихся или слабо связанных в осп. состоянии (такие молекулы, состоящие из одинаковых атомов или атомных групп, напр. Хе2, Кг2, Аг2, наз. э к с и-мерами, а из разл. атомов XeF, KrF и Др. ≈ э к с и-п л е к с а м и). Часто все лазеры этого типа наз. эк-симерными. Для этих Г. л. характерны сложные процессы заселения верхних рабочих состояний, включающие обычно столкновит. и хим. процессы, приводящие к эффективной передаче энергии от ионов и возбужд╦нных атомов буферного и рабочего газа на верхние рабочие уровни аксимерпой (эксиплекспой) молекулы, к-рыо затем распадаются с излучением. Эффективность преобразования энергии в эксиплексыис излучение для мн. молекул ~10%. Нижние рабочие состояния лазерного перехода ≈ «отталкивательньте» или слабо связанные, скорость их распада велика, в результате чего на таких переходах легко образуется инверсия насел╦н-ностей (см. Эксимерный лазер).
Г. л, на колебательных переходах молекул ≈ наиб. мощные и эффективные. Они генерируют в ср. ИК-ди-
ЭООО
2000
1000
СО
;и'о
17=0
1,8
Рис. 4. Кривые потенциальной энергии молекулы N2, г ≈ расстояние между ядрами.
эффективно возбуждаются уровни, удовлетворяющие Франка, ≈ Лондона принципу. На рис. 4 этот переход показан широкой стрелкой (обозначения уровней см. в ст. Молекула, Молекулярные спектры). Генерация происходит на переходах, отмеченных стрелками вниз. Широкое распространение получил УФ-лазер па N2j генерирующий на многих переходах вращат. спектра 2 + системы полос азота, напр. С3П└ -+ B*Hg (и'=0 ≈>- t/'~0) (Я=337,1 нм; t/, v" ≈ колебат. квантовые числа верх-
Рис. 5, Схема нижних колебательных уровней молекул СОг и N3, участвующих в генерации СОй-лазера; 00*1, (12°0, 01!0 обозначают колебательные квантовые числа (верхний индекс ≈ степень вырождения деформационных колебаний).
апазоне. Наиб, распростран╦нный ≈ лазер на С02. В обычных условиях генерация получается на переходах с уровня 00°1 на уровни 10°0 и 02°0 (рис. 5), что соответствует двум полосам с длинами волн 10,4 мкм и 9,4 мкм. В каждой полосе генерация может быть получена на мн. переходах вращат. спектра. Накачка на верхний рабочий уровень в основном осуществляется столкновит. передачей энергии от колебат. возбужд╦нной молекулы N2, находящейся на первом колебат. уровне у= 1, энергия к-рого близка к энергии уровня 00°1 молекулы С02. Нижние рабочие уровни быстро опустошаются.
Л
I
а
CL
О
385
Физическая энциклопедии, т. 1
")
}
