- •Лазерная техника Содержание
- •1. Газовые лазеры (гл)
- •Классификация гл
- •1.2. Некоторые сведения из физики газового разряда
- •1.2.1. Понятие плазмы газового разряда
- •1.2.2. Основные элементарные процессы в плазме гр
- •1.2.3. Понятие устойчивости гр
- •1.2.4. Описание гр с помощью вольтамперной характеристики (вах)
- •1.2.5. Несамостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.6. Самостоятельный гр и его применение в гл
- •1.2.7. Особенности конструкции гл с самостоятельным гр
- •1.2.8. Использование переменных полей для возбуждения гл
- •1.2.9. Импульсный гр и его применение в гл
- •1.3.1. Схема энергетических уровней молекулы , участвующих в процессе лазерной генерации
- •1.3.2. Создание инверсии на лазерных переходах
- •1.3.3. Формирование частотного спектра лазерного излучения
- •1.3.4. Зависимость мощности генерации со -лазера от температуры активной среды
- •1.3.5. Диффузионное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.6. Многолучевые системы на базе диффузионного лазера
- •1.3.7. Конвективное охлаждение рабочей смеси
- •1.3.8. Импульсные -лазеры
- •1.3.9. Газодинамические -лазеры
- •1.5. Химические лазеры
- •1.5.1. Основные требования, необходимые для прямого преобразования химической энергии в световую
- •1.6. Атомарные лазеры (Не-Ne-лазер)
- •1.7. Ионные лазеры (Ar-лазер)
- •1.8. Лазеры на самоограниченных переходах
- •1.9. Эксимерные лазеры
- •2.Твердотельные лазеры с оптической накачкой
- •2.1. Общие характеристики и особенности генерации твердотельных лазеров с оптической накачкой
- •2.2 Рубиновый лазер
- •2.3. Лазеры на стекле с неодимом
- •2.4. Лазеры на гранате с неодимом (иаг-лазеры)
- •3. Полупроводниковые лазеры
- •3.1. Вынужденное излучение в полупроводниках
- •3.2. Создание инверсии в полупроводниках
- •3.3. Лазеры на гомоструктурах
- •3.4. Лазеры на гетероструктурах
- •4. Лазеры на растворах органических красителей
- •4.1. Лазерные красители
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Поглощение света лазерными красителями и их флуоресценция
- •4.1.3. Пути дезактивации возбужденных молекул красителя
- •4.1.4. Распространенные красители
- •4.2. Условие генерации
- •4.2.1. Режим многократного прохождения излучения в резонаторе
- •4.2.2. Режим сверхизлучения
- •4.3. Системы накачки
- •4.3.1. Поперечный способ накачки
- •4.3.2 Продольный способ накачки
- •4.4. Дисперсионные резонаторы лазеров на красителях
- •4.4.1. Резонаторы с дифракционной решеткой
- •4.4.2. Резонаторы с оптическими призмами
- •4.4.3. Резонаторы с интерферометром Фабри-Перо
- •4.4.4. Лазеры на красителях с распределенной обратной связью
1. Газовые лазеры (гл)
Классификация гл
Газовые лазеры являются наиболее представительным классом лазеров. Их рабочее тело представляет собой вещество, находящееся в газообразном состоянии. Это может быть как собственно газ, так и пары различных металлов. Рабочее тело может представлять собой как однокомпонентный газ, так и смесь газов, находящихся как в атомарном, так и в молекулярном состоянии. Кроме того газ может представлять как совокупность нейтральных частиц, так и их ионов.
Число ионов, атомов и молекул, на которых уже получена генерация, превысило 100 и растет дальше, а диапазон частот ГЛ простирается от вакуумного УФ до ДИК, по существу до субмиллиметрового диапазона. Наиболее распространенные типы ГЛ представлены в таблице 1.
Таблица 1.Наиболее распространенные типы ГЛ
Тип лазера |
Газоразрядный и электронный пучок |
газодинамический |
химический |
На нейтральных атомах (электронные переходы) |
Не-Xe HE-Ne |
…… |
…. |
На ионах атомов (электронные переходы) |
Ar,Kr,He-Cd |
.. |
.. |
Лазеры на самоограниченных переходах |
Cu,Au,Pb,Ba |
.. |
.. |
Эксимерные лазеры |
ArF,KrF,KrCl,XeF |
.. |
.. |
Молекулярные лазеры (колебательно-вращательные переходы) |
Co,CO |
CO |
Co,CO , HF,DF,HCl,HBr |
ГЛ являются прекрасными физическими приборами и эффективными инструментами в различных практических и, в частности, промышленных приложениях. Для этого имеется несколько причин:
Высокая однородность активной среды. Она позволяет достигать расходимости пучка близкой к дифракционной. Значит, обеспечивается хорошая фокусировка пучка ГЛ и, как результат — хорошая локальность их воздействия на объект и высокая интенсивность их энергии излучения в фокусе.
Невысокие плотности активной среды. Это обуславливает узкие спектральные линии генерируемого излучения, а значит и высокую монохроматичность и, как следствие,— селективность воздействия на объект.
Высокие мощности излучения.
Возможность работы в различных режимах генерации:
а) импульсном,
б) импульсно-переодическом,
в) непрерывном.
Это очень полезно для возбуждения различных процессов селективной и термической технологий.
Из всех способов накачки в ГЛ наибольшее распространение получили три: газоразрядный, газодинамический и химический. Но самое широкое распространение получил газоразрядный способ. Поэтому в дальнейшем уделим ему основное внимание.
Кроме того, СО -лазер — наиболее универсальный с точки зрения накачки; он работает и при газоразрядной, и при газодинамической, и при химической. Но все же наибольшее распространение получил газоразрядный СО -лазер. Поэтому в дальнейшем также основное внимание из всех уделим именно этому лазеру.
1.2. Некоторые сведения из физики газового разряда
У большинства ГЛ, хотя и не у всех, рабочим телом является плазма газового разряда. Поэтому в данном разделе рассмотрим те ее свойства и характеристики, которые важны для понимания физических процессов, протекающих в рабочей среде ГЛ, что особенно важно для ГЛ, возбуждаемых электрическим разрядом.