Informatics Point

Информатика и проектирование

Высокочастотное возбуждение активной среды

Газовый лазер - лазер с активной средой в виде газов, паров или их смесей. Как и всякий лазер, газовый лазер содержит активную среду, обладающую усилением на одной или нескольких линиях в оптическом диапазоне спектра, и оптический резонатор (в простейшем случае состоящий из двух зеркал, между которыми помещена активная среда).

Особенности газового лазера определяются свойствами активной среды, плотность которой меняется в широких пределах (давление от 10-3 мм рт. ст. до десятков атмосфер), однако она значительно меньше, чем в конденсированных средах. По этой причине газовая активная среда в большинстве случаев прозрачна в широкой области спектра и обладает узкими линиями поглощения и излучения. Газовые лазеры могут генерировать узкие линии излучения, лежащие в широкой области спектра, в т. ч. и в далекой коротковолновой (где нет прозрачных конденсированных сред). Газовые лазеры позволяют получать предельно узкие и стабильные линии генерации. Малая плотность активной среды определяет малость температурных изменений показателя преломления. Это позволяет сравнительно легко получать с газовым лазером предельно малую (дифракционную) расходимость излучения. Многообразие физических процессов, приводящих к образованию инверсии населенностей, создает большое разнообразие типов, характеристик и режимов работы газового лазера. Возможность быстрой прокачки газовой активной среды через оптический резонатор позволила в газовом лазере достичь рекордно больших средних мощностей излучения [2].

Газовые лазеры, работающие в непрерывном и импульсном режимах, существенно различаются как конструктивно, так и по характеристикам. Для непрерывной генерации требуется, чтобы механизм накачки обеспечивал стационарную во времени инверсию населенностей уровней рабочего перехода. Для этого необходимо эффективное возбуждение верхнего и возможно быстрый распад (опустошение) нижнего уровней. В импульсном режиме можно обеспечить высокую скорость накачки и легче избежать перегрева активной среды.

По характеру возбуждения активной среды газовые лазеры принято подразделять на следующие классы: газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением, газовые лазеры с возбуждением заряженными частицами, газодинамические лазеры, химические лазеры. По типу переходов, на которых возбуждается генерация газового лазера, различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры.

По механизмам образования инверсии населенностей выделяют газовые лазеры с возбуждением электронным ударом, с передачей возбуждения от частиц вспомогательных газов, рекомбинационные газовые лазеры, газовые лазеры с прямым оптическим возбуждением, фотодиссоциационные газовые лазеры и др. В ряде случаев реализуются комбинированное возбуждение и сложные механизмы инверсии. С газового лазера получена генерация на более чем 6000 отдельных линиях в очень широкой области спектра от вакуумного УФ до субмиллиметровых волн. Газовому лазеру посвящается примерно половина научных публикаций по лазерам, из них более 60% - газоразрядным лазерам. Конструктивные особенности, мощность генерации, кпд и др. характеристики газового лазера меняются в очень широких пределах. Большое число газовых лазеров различных типов выпускается серийно.

Лазерным источником излучения, который легко можно изготовить в виде, пригодном для использования в оптической связи, является четырехуровневый газовый лазер на углекислом газе, работающий на длине волны 10,6 мкм. Как и в большинстве газовых лазеров, верхний лазерный уровень заселяется прямо или косвенно за счет электронного возбуждения в газовом разряде. При низких давлениях, скажем, приблизительно 1/10 атмосферы (или 104 Па), может использоваться либо разряд, возбуждаемый постоянным током, либо радиочастотный тлеющий разряд. Самое важное заключается в том, чтобы получить однородный и непрерывный разряд во всем объеме активной среды. Для получения очень коротких лазерных импульсов (менее 1 нс) были разработаны сложные методы накачки, связанные с использованием разрядов высокой мощности, а для получения очень высокой мощности в непрерывном режиме (более 100 кВт) - методы непрерывной накачки газового потока. В качестве источника излучения для целей связи самым подходящим оказалось компактное отпаянное устройство, способное давать от нескольких ватт до нескольких десятков ватт мощности в непрерывном режиме излучения в легко модулируемой форме. С этой целью был специально разработан конкретный тип волноводного лазера. Перед рассмотрением некоторых особенностей этой конструкции остановимся на физических основах работы лазера на углекислом газе.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Лучшие статьи по информатике

Рынок систем атмосферных оптических линий связи
Современные средства связи и управления в основном работают в радиодиапазоне, но важную роль начинают играть информационные каналы работающие в других диапа ...

Полевой транзистор с изолированным затвором
Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. Полевые транзисто ...

Цифровой термометр
Уровень и направления развития электронных ЦАП и АЦП в значительной степени определялись и продолжают определяться требованиями к техническим и эксплуатацио ...

Меню сайта