Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра ЕП

Методичні вказівки

до курсової роботи з курсу “Квантова електроніка та лазерна техніка”

Розрахунок просторових та енергетичних характеристик газових лазерів

для студентів базового напрямку 6.050802 “Електронні пристрої та системи”

Затверджено

на засіданні кафедри

електронних приладів

Протокол № 12 від 20.01.2012 р.

Львів – 2012

Методичні вказівки до курсової роботи з курсу „Квантова електроніка та лазерна техніка” „Розрахунок просторових та енергетичних характеристик газових лазерів” для студентів базового напрямку 6.050802 „Електронні пристрої та системи” /Укл.: З.М. Микитюк. – Львів. Видавництво Національного університету „Львівська політехніка”, 2012. – 16 с.

Укладач: З.М. Микитюк, д.ф.-м.н., професор

Відповідальний за випуск З.Ю, Готра, д.т.н., професор

Рецензент Р.Л.Голяка, д.т.н., професор

1. Теоретичні відомості

Ексимерні лазери

Роботи М. Г. Басова з накачування рідкого ксенону потужним електронним пучком відіграли вирішальну роль у створенні ексимерних лазерів – вперше була реалізована лазерна генерація безпосередньо на фотодисоціативному переході. Зараз ексимерні лазери є найпотужнішими в УФ діапазоні спектра.

Під ексиплексами у фотохімії звичайно розуміють хімічні сполуки (комплекси), які стійкі в електронно-збудженому стані і легко розпадаються (дисоціюють) в основному стані. Ексимер – це ексиплекс, що складається з ідентичних атомів або фрагментів (димер, тример тощо).

Робочою частинкою ексимерного лазера є молекули-димери деяких благородних газів та їх галоїдів, які можуть існувати стабільно лише в збудженому стані. Механізм створення інверсної населеності ексимерних лазерів (рис. 1.1) ілюстрований схемою електронних рівнів димера XY (X – атом благородного газу: Xe, Kr, Ar, Y; Y – атом галогену F, Cl, Br та інші). В основному стані благородні гази, як правило, не утворюють хімічних сполук (за винятком ХеРг), оскільки їх електронна оболонка заповнена.

Генерація в ексимерних лазерах відбувається на фотодисоціативних переходах зі збудженого, зв'язаного, стану в основний. Спектральна ширина фотодисоціативного переходу велика, що зумовило основні труднощі на шляху реалізації лазерної генерації. Основний стан молекули XY нестійкий, тобто характеризується відштовхувальним термом. Потенціальна яма свідчить про можливість виникнення стійкого стану внаслідок збудження молекули. Створення такої молекули можливе за допомогою пучків швидких електронів або внаслідок зіткнення збудженого атома з незбудженим за схемою:

X^* + 2X → X₂^* +X (1.1)

Рис. 1.1 Створення інверсної населеності в ексимерних лазерах

X^* + Y₂ → XY^* +Y (1.2)

а також реакції типу

X⁺ + Y₂ +e→ XY^* +Y (1.3)

Час життя збудженої молекули X₂^* або XY^* відносно раціональних процесів складає 10^-9...10^-7 с. Опинившись в основному стані, молекула розпадається. Тому раціональне руйнування верхнього рівня відбувається за схемою

X Y^*(X^*₂ ) → X +Y(X)+hν

Розпад молекули в основному стані забезпечує автоматичне спустошення нижніх лазерних рівнів. Через відштовхувальний характер нижнього терма генерація ексимерних лазерів може відбуватися на різних довжинах хвиль. Особливістю ексимерних лазерів на ексиплексах є високе значення квантового ККД. Характеристики лазерних переходів різних молекул наведені в таблиці 1, а в таблиці 2 – порівняльні характеристик різних типів ексимерних лазерів.

Таблиця 1.