Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Определение размеров эритроцитов с помощью дифракции лазерного излучения на мазке крови, страница 13

Положение изменяется, если в разрядную трубку ввести гелий. Гелий обладает  двумя долгоживущими  (метастабильными) состояниями E2,  E3, показанными на левой части рис. 6; эти состояния возбуждаются при столкновениях с электронами и ввиду большой длительности их существования, концентрация метастабильных атомов гелия в разряде очень велика. Энергии E3,E2 метастабильных состояний гелия очень близки к энергиям E3,E2 неона, что благоприятно для передачи энергии возбуждения от гелия к неону при их столкновениях. Эти процессы символизируются горизонтальными пунктирными стрелками. В результате концентрация атомов неона, находящихся на уровнях E3, E2, резко увеличивается, и возникает инверсная заселенность уровней E3 и E1, а разность заселенностей уровней E2 и E1 увеличивается в несколько раз. Таким образом, добавление гелия к неону (5:1 - 10:1) весьма существенно для генерации в гелий-неоновом газовом лазере.

РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР.

Первый квантовый генератор света был создан в 1961 г. Мейманом (США) на рубине. Рубин - кристалл, основой которого является корунд, т.е. кристалл окиси алюминия  - Аl2O3. В нем небольшая часть атомов алюминия ( ~0,05%) замещена ионами хрома. Эти ионы и играют основную роль в работе квантового генератора. Упрощенная система энергетических уровней иона хрома на рис.7. В этой системе рабочим переходом, приводящим к излучению, является переход 2 ® 1.

Рис. 7.

Надо отметить, что для получения инверсии недостаточно использовать только 2 уровня энергии атомной системы, излучательные переходы между которыми определяют генерацию. Для создания инверсной заселенности этих уровней необходимо воспользоваться и другими, вспомогательными. При этом различают трех- и четырех- уровневые системы. Рубиновый ОКГ относится к 3-х уровневым системам. Рассмотрим принцип создания инверсии в этом случае. За счет внешнего источника излучения подходящей частоты (импульсной газоразрядной лампы) ионы хрома переводятся в энергетическое состояние E3. Их время жизни в этом состоянии много меньше времени жизни на уровне E2,  и они относительно быстро, безизлучательным путем, отдав излишек энергии кристаллической решетке, переходят в состояние E2, накапливаясь там. Так создается инверсия населённости, приводящая к выполнению основного условия, необходимого для возникновения усиления (n2>n1).  Затравочный квант спонтанного излучения вызывает последующую генерацию. Коэффициент полезного действия (КПД) рубинового лазера не высок и составляет проценты.

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЛАЗЕР НА ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

(CO2-ЛАЗЕР).

СО2-лазер принадлежит к числу ОКГ на разрядных газовых активных средах, возбуждаемых электрическим разрядом (за счет энергии электронов). СО2-лазер позволяет получить высокую мощность генерации и непрерывном режиме (до 10 кВт) и характеризуется относительно высоким КПД (до 40%). Активная среда СО2-лазера - газовая смесь, состоящая, главным образом, из двуокиси углерода и азота. Источник излучения - молекулы СО2, излучающие на переходах между колебательными уровнями основного электронного состояния. Азот играет роль буферного газа, молекулы которого, легко возбуждаясь, резонансно передают энергию возбуждения молекулам СО2.