Газостатические молекулярные лазеры.
Рис.
Наиболее широкое применение получили лазеры, в которых в качестве активной среды используется смесь газов: углекислый газ - CO2, азот - N2, гелий - He.
Возбуждение молекул активной среды и создание инверсии населенности происходит за счёт энергии электрического (тлеющего) разряда в газовой смеси.
Диаграмма энергетических уровней активной среды, т.е. молекул CO2 и N2 приведена на рис. . Е3,Е4,Е5 – уровни возбуждения молекул CO2, – молекул N2, Е5 – метастабильный уровень. Изменение энергетического состояния молекул происходит за счёт изменения колебательно-вращательного взаимного движения атомов молекулы
Заселение уровня Е5 происходит вследствие трёх процессов:
Первый из них - возбуждение молекул CO2 за счёт соударения с ним быстрых электронов электрического разряда, переход Е1→ Е5 по направлению .
За счёт этого механизма можно получить мощность вых., излучения до 10Вт и к.п.д. до 10%. Значительное увеличение этих параметров достигается наличием азота и гелия. В этом случае действует второй механизм возбуждения, т.е. создание инверсии населённости.
Второй – в газовом разряде за счёт соударения с электронами происходит интенсивное возбуждение молекул азота переход Е1→ Е2 по направлению, отмеченному . Уровень Е2 азота совпадает с уровнем Е5 CO2 . Затем происходит резонансная передача энергий возбуждения по направлению от молекул азота молекулам CO2 и населённости на уровне Е5 резко возрастает.
Третий механизм – дополнительное увеличение населённости на уровне Е5 состоит в переходе на этот уровень молекулы CO2 по направлению , ранее возбуждённой за счёт столкновений с электронами и перешедшей на более высокий энергетические уровни, не показанные на рисунке.
Время жизни на уровне Е5 составляет τср=0.4·10-3сек.
Гелий введён в состав смеси для уменьшения её температуры, что снижает тепловое заселение уровней и увеличивает инверсию населённости. Наличие Не приводит к увеличению теплоёмкости и теплопроводности активной среды (т.е. смеси газов).
Лазерное излучение возникает за счёт перехода и , Е5→ Е3 и Е5→ Е4 с диной волны излучения (квантов энергии) 10,6 мкм и 9,6 мкм. Наиболее интенсивнымявляется переход (Е5→ Е4), который почти полностью подавляет генерацию на переходе Е5→ Е3 , т.е. излучение в основном на частоте , соответствующей λ=10,6 мкм (инф. обл. спектра)
Молекулярные газостатические лазеры имеют следующие параметры:
1) Мощность излучения достигает десятков кВт, существует опытный образец мощностью 1 МВт.
2) К.П.Д. до 30%, т.е. на порядок выше, чем у твердотельных
3) Работают как в непрерывном (чаще) так и в импульсном режимах
4) Мощность излучения получаемая от единицы объёма газовой среды зависит от давления газовой среды примерно пропорционально Р2
Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 1003;