- •Лабораторная работа Аргон-криптоновый лазер как идеальный калибратор спектральной аппаратуры (в видимой области спектра)
- •3. Конструктивные особенности ионных лазеров на инертных газах
- •Перестройка длины волны генерации
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок проведения эксперимента
- •I. Измерение спектрального состава линий генерации лазера.
- •II. Измерение расходимости излучения лазера на различных спектральных линиях.
3. Конструктивные особенности ионных лазеров на инертных газах
Конструктивно аргоновые (и криптоновые) лазеры отличаются от хорошо известных He-Ne лишь дополнительным усложнением газоразрядной трубки, что связано с двумя причинами:
предельно высокой температурой дуговой плазы в разряде, что требует (для обеспечения ресурса работы ~104 часов использования особых материалов, интенсивного охлаждения и (желательно) соленоида;
необходимостью компенсации прокачки ионизированного газа (Ar+ или Kr+) от анода к катоду, что требует (в простейшем варианте) тонкой и длинной обводной трубки или секционирования разрядного капилляра.
В результате все коммерчекие ионные лазеры могут быть разнесены по трём конструктивным группам.
3.1. Маломощные Ar (и Ar-Kr) лазеры с воздушным охлаждением. Их мощность не превышает (из-за низкого КПД, отсутствия соленоида и весьма ограниченных возможностей воздушного охлаждения) десятков милливатт; однако малые габариты, большое (при наполнении Ar-Kr) количество линий и мощность, соизмеримая с «большими» He-Ne и Ne-Cd+ лазерами позволяет им занять свою нишу в многочисленных лабораторных исследованиях.
Типичная конструкция металлокерамической газоразрядной трубки лазеров данного класса приведена на рис. 3.1.
Рис. 3.1
Она содержит следующие основные элементы:
разрядный капилляр из вакуумноплотной бериллиевой (BeО) керамики, выдерживающей нагрев до 4.103К без заметной эрозии;
блоки внутренних зеркал (стойких к жёсткому УФ), обеспечивающих минимизацию потерь на вывод излучения из разряда;
пластинку, установленную под углом Брюстера для задания устойчивой линейной поляризации;
металлокерамический катодный отсек, являющийся одновременно резервным объёмом для запасов рабочего газа, давление которого снижается в процессе эксплуатации за счёт эффекта «жестчения»;
медные реадиаторы, повышающие эффективность охлаждения капилляра (и анода) за счёт развития ребристой поверхности;
вентилятор, обеспечивающий интенсивный обдув ребер резонатора.
3.2. Наиболее распространённые Ar (и Kr)лазера средней мощности (1-10 Вт) имеют водяное охлаждение высокотемпературного капилляра (из ВеО, пиролитического графита или W: у каждого производителя – свои «секреты»), мощный соленоид, существенно увеличивающий вес лазера, и, как правило, хроматический резонатор, обеспечивающий переключение генерации на нужную (из списка паспортизированных) длину волны.
3.3. Наименее распространены самые дорогие, большие и тяжёлые (~100 кг) Ar-Kr лазеры повышенной (до 30 Вт) мощности, оснащённые помимо вышеперечисленных узлов вакуумным постом, позволяющим перезаполнять разрядный промежуток одним из «нужных» газов и оптимизировать его давление для максимизации выходной мощности на нужной линии (в отпаянных газоразрядных трубках p=3 Па*см/d[см] обычно не регулируется в процессе эксплуатации). Энергосъем таких лазеров может достигать 10-1Вт/см длины газоразрядного капилляра.