Изучение свойств излучения оптического квантового генератора на смеси гелия и неона (лабораторная работа), страница 4

          Главное отличие газовых лазеров от лазеров на твердых веществах состоит в различных методах возбуждения и подвода энергии накачки. Метод оптической накачки практически непригоден для газовых лазеров, так как ширина линий поглощения в атомарных газах мала по сравнению с полосами поглощения в твердых телах. Оптическая накачка эффективна, если линии в спектре излучения лампы накачки точно соответствуют линиям поглощения газа в лазере. Это означает, что возбуждения газов обычные лампы накачки использовать нельзя, так как они дают излучение, близкое по спектру к излучению черного тела. Спектральная плотность энергии излучения таких источников недостаточна для того, чтобы создать инверсную населенность. Для создания инверсной населенности в газах можно воспользоваться методом возбуждения газов электронным ударом. Это осуществляется в газовом разряде, в котором возникают свободные электроны и ионы (плазма).

          В неон-гелиевом лазере активными частицами являются атомы неона, между уровнями которого осуществляется инверсия, а атомы гелия служат для создания эффективной накачки верхнего инверсного уровня атомов неона. На рисунок 1.4 приведена схема энергетических уровней атомов гелия и неона, имеющих отношение к генерации.

Рисунок 1.4 – Схема низших энергетических уровней гелия и неона

(Уровни неона  2р⁴4р¹  и  2р⁵3d¹  и др. не показаны)

Роль гелия сводится к следующему. Состояния гелия  и  являются метастабильными: радиационные переходы с этих уровней в основное состояние запрещены. Если в смеси газов создать газовый разряд, то под действием быстрых электронов атомы гелия переходят в различные возбужденные состояния, а затем скапливаются в метастабильных состояниях  и . Эти состояния случайно оказались совпадающими в энергетическом спектре с состояниями 2р⁵4 и 2р⁵5 атома неона. В результате при разрядке происходит интенсивный обмен энергией между атомами гелия и неона, носящий резонансный характер; метастабильные состояния гелия разрушаются, а атомы неона возбуждаются, переходя в состояние 2р⁵4 и 2р⁵5. С этих уровней атомы неона спонтанно переходят в основном на группу уровней 2р⁵3р¢, излучая при этом инфракрасный ( мкм) и красный ( мкм) свет. После этого следует переход на нижележащие уровни. Время жизни на уровнях 2р⁵4 и 2р⁵5,  с, что на порядок выше времени жизни на нижележащих уровнях. Это обстоятельство в сочетании с селективным возбуждением верхних атомных уровней неона обеспечивает инверсную населенность указанных уровней во время работы лазера.

2  ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

          Схема установки для изучения свойств излучения ОКГ приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема установки для изучения свойств излучения гелий-неонового лазера

Схема состоит из следующих элементов:

–  исследуемого гелий-неонового лазера 1;