Исследование гелий-кадмиевого лазера (лабораторная работа)

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕЛИЙ-КАДМИЕВОГО ЛАЗЕРА

Цель работы: ознакомление с принципом действия, конструкцией, особенностями эксплуатации и характеристиками ионного катафорезного лазера на парах металла с накачкой постоянным током.

1.1. Основные положения

Гелий-кадмиевые (He–Cd) лазеры являются представителями класса ионных лазеров на парах металлов. Они излучают в фиолетовой (λ = 441 нм) и ультрафиолетовой (λ = 325 нм) областях спектра. Длина волны генерации определяется выбором соответствующих зеркал резонатора. Гелий-кадмиевые лазеры выгодно отличаются от гелий-неоновых спектром излучения, обеспечивающим лучшее согласование с характеристиками чувствительности большинства современных фотоматериалов, возможностью более острой фокусировки коротковолнового излучения. Это обстоятельство делает He–Cd-лазеры перспективными источниками излучения для систем записи и воспроизведения информации, голографии и технологии микроэлектрони­ки, например при изготовлении фотошаблонов интегральных микросхем. Наряду с этим He–Cd-лазеры успешно применяются в спектроскопии, медицине, системах оптической связи и т. п.

Активная среда (АС) He–Cd-лазеров содержит инертный газ He под давлением 500...700 Па и пары Cd (0,1 Па). Излучающими частицами являются возбужденные ионы кадмия. В силу малой концентрации атомов Cd их возбуждение за счет прямых столкновений с электронами играет незначительную роль. Основным процессом накачки активной среды He–Cd-лазера является ионизация Пеннинга – процесс образования возбужденного иона легкоионизируемой частицы (атома Cd) при столкновении с возбужденным метастабильным атомом буферного газа He, имеющего большое сечение возбуждения (рис. 1.1). Схематически этот процесс можно записать так:

He + e^–(W₁) = He^* + e^–(W₂ < W₁);

He^* + Cd = He + Cd^+*;    Cd^+* = Cd⁺ + hν,

где W₁, W₂ – энергии электронов, соответственно, до и после столкновения; Cd^+* – возбужденный ион кадмия; hν – энергия индуцированного кванта.     

         W, эВ                  

               20           2¹S₀                                                            Соударения                   

               18         2³S₁                                                                                                                                      ²D_3/2

               16                                                          ²P_3/2    441нм                                       ²D_5/2

               14                         ²P_1/2325 нм