Создание инверсии на лазерных переходах

Чтобы добиться инверсии на лазерных переходах поступают следующим образом:

1. В газ молекул СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru добавляют азот (N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ). Дело в том, что верхний лазерный уровень 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1 молекулы СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru почти точно совпадает по энергии с колебательным уровнем v=1 в основного электронного состояния молекулы N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru . И это совпадение используется следующим образом:

•Молекула СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru хорошо возбуждается в газовом разряде электронным ударом в состояние 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1. Но еще лучше (эффективнее) возбуждается молекула N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru в свое состояние v = 1. При столкновении невозбужденных молекул СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru и возбужденных молекул N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru возбуждение от N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru передается к СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru молекулам. Таким образом, в смеси углекислого газа с азотом, в которой возбужден электрический разряд, заселение верхнего лазерного уровня 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1 молекул СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru происходит одновременно по двум каналам. Первый представляет заселение данного уровня непосредственно электронным ударом молекулы СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru , а второй — его заселение через столкновение этой молекулы с возбужденной молекулой N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru .

•Тушение возбужденных состояний 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1 (СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ) и v=1 (N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ) при различных столкновениях более эффективно идет у СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru . Если в рабочей смеси присутствуют молекулы воды, то тушение азота идет тоже хорошо, но если их нет, то азот служит как бы аккумулятором энергии в газоразрядных камерах большого объема (чтобы не было тушения на стенках). Поэтому присутствие азота хорошо поддерживает уровень 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1 у СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru в возбужденном состоянии. Напротив, о присутствие молекул воды на этом свойстве азота сказывается отрицательно.

2. В газ СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru кроме азота добавляют еще гелий (Не). Это делают по следующим причинам:

•Дело в том, что для поддерживания стационарной генерации нижние уровни лазерных переходов (02 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 0 и 10 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 0) необходимо эффективно расселять. Это и осуществляется с помощью гелия. Вообще говоря, это хорошо делается и с помощью воды, но выше уже отмечалось, что молекулы воды тушат возбужденные молекулы азота.

•Вторая функция гелия заключается в том, что он обеспечивает хороший теплоотвод от рабочей смеси за счет своей высокой теплопроводности и тем самым оказывает стабилизирующее действие на ГР.

3. Имеет место благоприятное стечение обстоятельств, заключающееся в том, что энергия, необходимая для поддержания самостоятельного тлеющего разряда, близка энергиям уровней 00 Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 1 (СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ) и ν =1 (N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ). Поэтому весь процесс создания инверсии идет очень эффективно ( Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru 80% выделяемой в разряде электрической энергии идет на возбуждение верхнего лазерного уровня).

4. Подбирают оптимальное соотношение между компонентами газообразной смеси СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru N Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru -Не. Обычно оно составляет 1:2:3, иногда 1:2:6. Конкретное соотношение зависит от многих условий. Вообще этот подбор представляет очень сложную задачу по оптимизации работы лазера и проводится отдельно в каждом конкретном случае.

5. В некоторых случаях рабочую смесь прокачивают через разрядную камеру. Дело в том, что в процессе лазерной генерации сильно идет диссоциация молекул СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru в реакции:

2 СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru =2СО+О Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru ,

поэтому смесь и заменяют. Но в настоящее время в лазерах средней мощности смесь регенерирует химическим путем, и лазеры изготовляются автономными (отпаянными). Для этого в рабочую смесь добавляют около 1 % воды и генерация осуществляется, как предполагают, по схеме:

Н,О=ОН+Н,

СО+ОН = СО Создание инверсии на лазерных переходах - student2.ru +Н.

Здесь имеет место компромисс: хотя вода и ухудшает аккумулирующее свойство азота, зато лазер становится автономным и удобным в работе.

Наши рекомендации