Основные схемы ОКГ

В любом ОКГ присутствуют:

· Рабочее тело (вещество для которого может быть создано инверсия населенности)

· Система позволяющая осуществлять инверсию (система накачки)

· Оптический резонатор, в котором происходит отбор генерируемой энергии

· Устройство для вывода энергии из резонатора

· Система управления концентрацией энергии и пространственным положением полученного пучка света

Для создания инверсии населенности применяют следующие виды накачки:

· Оптическая накачка, облучение вещества мощным световым потоком

· Электрическая накачка, при прохождении через вещество электрического тока

· Химическая накачка, за счет химической реакции, в которой принимает участие рабочее вещество

В зависимости от типа рабочего вещества ОКГ бывает:

· Твердотельные (на синтетическом рубине, итриевоалюминиевом гранате). Стержень 2 (рис. 4.2) из рабочего вещества помещается между двумя зеркалами 1 и 3. Зеркало 1 полностью отражает падающие на него лучи, а зеркало 3 полупрозрачное. Для накачки энергии используется газоразрядная лампа-вспышка 4, которая для лучшего облучения стержня помещается вместе с ним внутрь отражающего кожуха 5 в форме эллипса. Питание лампы-вспышки осуществляется от специальной высоковольтной батареи конденсатора 6. 40-70% энергии поглощенной стержнем превращается в тепло, что может привести к прекращению генерации когерентного излучения. Поэтому в твердотельных ОКГ охлаждают рабочее тело воздухом или водой. Лампа при работе дает интенсивную вспышку полихроматического света. Он воздействует на атомы рабочего вещества, которые поглощая энергию возбуждаются и затем при переходе на низшие энергетические уровни генерируют собственное излучение. Оно распространяется по всему рабочему телу и за счет многократного отражения от зеркало вовлекает в процесс когерентного излучения все оптические атомы. Часть когерентного излучения выходит через полупрозрачное зеркало с малой удельной плотностью потока энергии, для увеличения которой луч фокусируют

· Газовые (рабочее вещество – газ (аргон, неон, ксенон, смесь гелия и неона, углекислый газ с азотом и гелием) накачка электрическая. Все газовые ОКГ делятся на :

o Лазеры на атомных переходах

o Ионных переходах

o Молекулярных переходах

Гелиево-неоновый ОКГ (рис. 4.3) – атомный лазер. Газоразрядная трубка 1 заполняется гелием и неоном под давлением. От источника высокого напряжения 2в трубке создается высоковольтные электрический разряд 3, возбуждающий атомы гелия и неона за счет соударений с электронами. Излучение выходит через полупрозрачное зеркало 4. Характеризуется малой мощностью, но простым устройством.

Аргоновый лазер является ионным ОКГ. В отличии от гелиево-неонового давление в газоразрядной трубке значительно больше, что повышает мощность излучения.

ОКГ на основе углекислого газа – лазер на молекулярном переходе. Молекулы СО2 возбуждаются ударами электронов в газовом разряде. Для увеличения мощности добавляют молекулярный азот. В газовом разряде часть молекул дисcоциирует по схеме.

Что снижает эффективность генерации излучения и уменьшает мощность ОКГ. Поэтому мощные лазеры требуют непрерывной подачи свежего газа и охлаждения рабочей газовой смеси. Электрический разряд в таких лазерах возбуждается в охлаждаемой стеклянной газоразрядной трубке 3. Разряд возбуждается между электродами 1, высоковольтным источником питания. Излучение выводится через окно 4, пропускающее инфракрасные лучи. Мощность такой схемы не более 50Вт. Для ее увеличения либо увеличивают длину трубки, либо используют много трубные системы (рис. 4.5). Луч с помощью зеркал 1 последовательно проходит через все трубки 2. Однако при количестве трубок более 15 резко возрастают потери на прохождение луча. Чтобы исключить этот недостаток используют лазеры с поперечной, относительно направления электрического тока, прокачкой СО₂ (рис. 4.6). Газ 1 прокачивают через резонатор 2 с охлаждением в теплообменнике 3. Электрический разряд возбуждается поперечно относительно направления прокачки. Расход газа 2-3 м³/с. При этом достигается мощность до 50 кВт.

· Полупроводниковое ЭКГ. Генерирует когерентное излучение за счет процессов происходящих в p-n переходе (рис. 4.7). Верхняя часть 1 кристалла имеет проводимость p-типа, а нижняя 2 – n-типа. Между ними образован p-n переход толщиной около 0,1 мкм. Излучающий слой имеет толщину около 1-2 мкм. Выводы 3 и 6 служат для подачи питающего напряжения, а так же как теплоотводы. При подаче напряжения на эти выводы p-n переход генерирует инфракрасное излучение 4.