Исследование гелий-кадмиевого лазера (лабораторная работа), страница 2

               12                                  Электронный                                                 

               10                                  удар                        Cd⁺                            Спонтанное            

                 8                                                                                                      излучение     

                             HeCd         Рекомбинация

                 0

Рис. 1.1. Энергетическая диаграмма He–Cd-лазера

Ионизация Пеннинга – процесс одноступенчатый, и поэтому скорость накачки будет пропорциональна плотности разрядного тока, а не ее квадрату, как это имеет место в ионных аргоновых лазерах. По сравнению с аргоновыми, He–Cd-лазеры требуют меньшей плотности разрядного тока и меньшей удельной подводимой мощности. Для получения иона кадмия в возбужденном состоянии Cd^+*  необходимо, чтобы энергия метастабильного атома He^*  была несколько больше, чем энергия возбужденного иона Cd^+*. Такие условия выполняются для метастабильных состояний 2¹S₀, 2³S₁ гелия и термов ²D, ²P кадмия. Энергетические уровни ²D кадмия служат верхними лазерными уровнями, ²P – нижними. Инверсия в He–Cd-смеси существует стационарно, так как опустошение нижних уровней возбужденного иона кадмия Cd^+*  происходит быстрее, чем верхних. Нейтрализация ионов Cd⁺ наиболее вероятна на стенках разрядной трубки.

Разрядная трубка гелий-кадмиевого лазера чаще всего представляет собой капилляр диаметром 1,5...2,5 мм, на концах которого в расширениях располагаются испарители кадмия, а за ними – электродные узлы (рис. 1.2). Возможно и коаксиальное исполнение He–Cd-лазера.

Пары Cd образуются в рабочем испарителе, снабженном внешним электрическим подогревателем. Температуру испарителя и, соответственно, давление паров Cd определяет в основном ток подогревателя I_под. Часть тепловой мощности на уровне 30…40 % подводится к испарителю за счет протекающего тока разряда I. Равномерное распределение паров кадмия по длине капилляра достигается за счет эффекта катафореза – переноса ионов к катоду. Пары Cd, образующиеся в  рабочем испарителе, расположенном со стороны анода, попадают в разрядный капилляр, ионизуются и движутся в сторону катода. Для устранения осаждения паров кадмия температура стенок капилляра, определяемая разрядным током I, должна быть выше температуры конденсации (350…400 К). Конденсация паров Cd происходит в нерабочем холодном испарителе. Ввиду постоянной перекачки кадмия из рабочего испарителя требуются периодическая (примерно через 50 ч) смена полярности электродов и переключение испарителей. Поэтому конструкция разрядной трубки  He–Cd-лазера полностью симметрична.

    1      2         3              4     5                 6              5           4               3       2        1