Конструирование оптических резонаторов, страница 16

Лазеры   на   парах   металлов   (ЛПМ). Типичными представителями ЛПМ являются гелий-кадмиевые лазеры, генерирующие на длинах волн 0,44 и 0,32 мкм. Активная среда состоит из буферного газа - гелия при давлении 500 - 700 Па и паров кадмия, давление которых составляет порядка 0,1 Па. Используется тлеющий разряд с токами 50...100 мА, протекающей в трубках с внутренним диаметром 1,5...2,5 мм при длине порядка 0,6...1 м. Мощность излучения составляет единицы - десятки милливатт.

Конструктивно гелий-кадмиевые лазеры близки к гелий-неоно-вым. Они могут иметь линейную или коаксиальную конструкцию разрядной трубки, с брюстеровскими выходными окнами или внутренними зеркалами, держатели которых можно соединить с трубкой, например, с помощью сильфона (рис.2.10,а). Существенным отличием трубки ге-лий-кадмиевого лазера является наличие испарителя кадмия, выполняемого в виде расширений на концах рабочей части разрядного капилляра. Металлический кадмий, помещаемый в испаритель, нагревается с помощью электрических подогревателей, устанавливаемых снаружи либо встраиваемых Bнутрь испарителя. Для равномерного распределения паров кадмия по длине активной части капилляра в He-Cd лазерах используется явление катафореза и, следовательно, происходит постоянный перенос кадмия из анодной области в катодную. Для обеспечения необходимого срока службы на уровне нескольких тысяч часов конструкцию гелий-кадмиевого лазера делают симметричной и каждые 50...70 ч изменяют полярность электродов и чередуют включение испарителей. В некоторых коаксиальных конструкциях сме-на полярности не предусматривается и создается большой запас кадмия, что ведет, однако, к удорожанию прибора.

Необходимыми дополнительными элементами He-Cd   лазера являются специальные ловушки кадмия, выполняемые в виде шарообразных расширений на заэлектродных участках капилляров. Они служат для защиты выходных окон или внутренних зеркал от осаждения паров кадмия. Для устранения конденсации паров кадмия на стенках рабочего капилляра его температура должна быть на уровне 570...670 К. Вследствие этого капилляр изготавливается из более тугоплавкого стекла марки C-48. Электроды Не-Сd лазеров изготавливаются и крепятся аналогично электродам Не-Ne лазеров. В качестве материа-ла катода кроме алюминия может использоваться и более дорогой тантал, допустимая плотность эмиссионного тока, у которого на порядок выше, чем у алюминиевого.

Ионные   аргоновые   лазеры. В силу характера излучающих частиц - ионов, аргоновые лазеры работают при токах разряда в десятки ампер, протекающих в капиллярах диаметром в несколько миллиметров. Большие удельные нагрузки на стенки капилляра вынуждают использовать для его изготовления кварц, а в современных лазерах и бериллиевую керамику, а также применять интенсивное водяное охлаждение. Для уменьшения перепада температуры толщина стенки разрядного капилляра должна быть минимальна. Технологически толщина ограничена для кварца 0,6...0,8 мм, для бериллиевой керамики - 3...4 мм. Тепловая нагрузка на капилляр может быть снижена при наложении продольного магнитного поля, затрудняющего уход заряженных частиц на стенки. Такое поле формируется при установке разрядной трубки аргонового лазера в соленоид.

Большие плотности тока в аргоновом лазере приводят к вытеснению газа из рабочего капилляра и перекачке его в анодную область, вследствие эффекта "электронного ветра". Для компенсации этого явления используют узкий обводной канал, соединяющий анодную и катодную области и выравнивающий давление аргона в них. Высокая температура стенок капилляра приводит к усилению поглощения аргона и увеличению проницаемости стенок, что сопровождается уменьшением давления в приборе и снижением работоспособности. Для увеличения срока службы ионных лазеров используют балластные объемы, располагаемые в анодной или катодной области, и создающие достаточный запас газа. В современных лазерах, кроме того, применяют внутренние ампулы с аргоном, вскрываемые в случае необходимости посредством индукционного нагрева или специальные дозаторы, позволяющие пополнять убыль газа в течение срока службы. Указанные особеннности аргоновых лазеров приводят к усложнению конструкции их разрядных трубок (рис.5.2.).