Газоразрядные источники оптического излучения для возбуждения активных сред лазеров

1.

Газоразрядные источники
оптического излучения для
возбуждения активных сред
лазеров

2.

Газоразрядные источники оптического излучения для
возбуждения активных сред лазеров
• Сведения общего характера
• Устройство газовых лазеров
• Основные конструкции газовых лазеров

3.

Сведения общего характера
Лазер - источник (генератор) когерентного электромагнитного
(оптического) излучения, формируемого путем вынужденного
(стимулированного) излучения микрочастиц (атомов, молекул)
вещества.
Термин «лазер» (от аббревиатуры LASER, составленной из начальных
букв английских слов фразы «Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation») отражает «усиление света в результате вынужденного
излучения».

4.

Сведения общего характера
Для генерации лазерных колебаний необходимо:
• Использование квантовой структуры (системы) с избирательным
«заселением» (возбуждением) одного или нескольких
энергетических уровней, позволяющих обеспечить инверсию
населенностей (избыточную концентрацию возбужденных
микрочастиц);
• Создание путем внешней электрической или оптической накачки
активной среды, обладающей избыточной концентрацией
возбужденных микрочастиц и способной существенно усиливать
электромагнитное (оптическое) излучение;
• Помещение активной среды в оптический резонатор,
обеспечивающий эффективное возбуждение и систематическую
генерацию лазерных колебаний путем многократного отражения
оптического (лазерного) луча и, как следствие, положительной
обратной связи, систематически подпитывающей (регенирующей)
лазерные колебания.

5.

Сведения общего характера
1
Среду с инверсией населенностей какой-либо пары энергетических
уровней E1 и E2, способную усиливать оптическое излучение,
воздействующее на квантовую систему с частотой ν1,3=(E3-E1)/h
принято называть активной.

6.

Рис. 2. Усиление оптических колебаний в активной среде

7.

Рис. 3. Оптический резонатор Фабри - Перо в лазерной системе: а структура резонатора; б - размещение активной среды; в - формирование
лазерных колебаний

8.

УСТРОЙСТВО ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ
4.

9.

Сравнение газовых лазеров
Технические данные о распространенных газовых
лазерах непрерывного действия представлены в табл. 1
Таблица 1
Лазер
Kадмиевый
Kадмиевый
Аргоновый
Аргоновый
Kриптоновый
Гелий-неоновый
Гелий-неоновый
Kсеноновый
Гелий-неоновый
CO-лазер
CO2-лазер
Лазер на молекулах HCN
Длина волны, мкм
0,3250
0,4416
0,4880
0,5145
0,5682
0,6328
1,1523
2,0261
3,3912
5,6–5,9
9,4–10,6
337
Мощность, Вт
Тысячные доли
Десятые доли
Единицы
Десятки
Единицы
Десятые доли
Сотые доли
Сотые доли
Сотые доли
Сотни
Десятки тысяч
Тысячные доли
Газы по сравнению с твердыми телами и жидкостями обладают существенно
меньшей плотностью и более высокой однородностью. Поэтому оптический луч
в газах практически не искажается, не рассеивается и не теряет энергию. В
результате направленность лазерного излучения в газовых лазерах резко
возрастает до предела, определяемого дифракцией света.

10.

катод
анод
Газоразрядная трубка
Испаритель паров
кадмия
Конденсатор паров
Рис. 5. Конструкция кадмиевого лазера
Зеркала
Окна вывода лазерного
излучения

11.

Рис. 6. Конструкция гелий-неонового лазера

12.

Рис. 8. Внутренние колебания трехатомной
молекулы СО2
Рис. 7. Лазер на углекислом газе с
поперечной прокачкой

13.

9.

14.

Спасибо за внимание!