Лекции 7 ОИКС

1.

Лекция № 11
Лазеры. Физические, конструктивнотехнологические особенности и
характеристики

2.

Лазеры. Физические,
конструктивно-технологические
особенности и характеристики

3.

Газовые лазеры
Газоразрядные лазеры (ГРЛ): атомарные; ионные; молекулярные.
Атомарные газоразрядные лазеры – He-Ne лазер
Атомарные лазеры - маломощные генераторы
оптического излучения
Pвых 0.001 0.1 Вт, КПД ~ 10%.
Активная газовая среда представляет собой
смесь He, Ne, Ar, включая пары Cu, Pb, Mn и др.
Газовая среда отличается высокой оптической
однородностью, что повышает когерентность
при низких давлениях ~ 200 Па
(1 мм. рт. ст. = 133,322 Па)

4.

Газовые лазеры
Атомарные газоразрядные лазеры – He-Ne лазер

5.

Конструкция и параметры He-Ne лазера
Атомы гелия при столкновении с электронами плазмы переходят в
возбужденное состояние, что приводит к заселению уровней неона. Возникают
лазерные переходы на 3-ех уровнях генерации:
1 3,392 мкм, 2 0,6328 мкм, 3 1,153 мкм
Уменьшение населенности нижних лазерных уровней неона осуществляется при
столкновениях атомов неона со стенками газоразрядной трубки. Уменьшение диаметра
трубки повышает коэффициент усиления, но уменьшение объема активной среды приводит
к снижению мощности излучения.
Угол Брюстера – угол падения светового луча, при котором отраженный от
диэлектрического окна свет является полностью поляризованным.

6.

Ионные газоразрядные лазеры
Это лазеры средней мощности: Pвых=1 Вт.
Они работают в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.
КПД ~ ~1%.
Наиболее широко используется лазер на ионизированном аргоне, который
работает в сине-зеленой области спектра. Из девяти линий генерации наиболее
сильные две 1 0,468 мкм и 2 0,5145 мкм.
Выходная мощность в непрерывном режиме излучения до 10 Вт.

7.

Молекулярные газоразрядные лазеры
Основные успехи в создании мощных газоразрядных молекулярных лазеров
достигнуты при разработке генератора на углекислом газе, наиболее
эффективно работающем на волне длиной 10,6 мкм.
В непрерывном режиме Pвых - от единиц Вт до нескольких кВт при прокачке газовой смеси.
Используя методы стабилизации частоты и селекции типов колебаний удается получать
одночастотные генераторы с относительной нестабильностью частоты

8.

Эксимерные молекулярные лазеры

9.

Газодинамические лазеры (ГДЛ)

10.

Газодинамические лазеры (ГДЛ)
Движение предварительно нагретого газа с большими скоростями может при
быстром охлаждении газа приводить к инверсии населенностей
колебательных уровней молекул. Тепловое равновесие нарушается за счет
различия в скоростях релаксации населенностей различных уровней.
Населенность верхних уровней должна быть выше
(скорости релаксации нижних лазерных уровней
превышают скорости верхних лазерных уровней). В
потоке
газа
образуется
область,
усиливающая
электромагнитное излучение. Именно эту область
помещают в оптический резонатор, при условии, что
начальное усиление среды больше оптических потерь в
резонаторе.
ГДЛ на CO2 генерируют излучение с длиной волны около 10 мкм.
Кроме ГДЛ на CO2 известны лазеры на CO, N 2O, CS2 и др. газах.

11.

Плазмодинамические лазеры

12.

Химические лазеры

13.

Химические лазеры

14.

Химические лазеры

15.

Химические лазеры

16.

Химические лазеры

17.

Электроионизационные лазеры
Электроионизационный метод накачки заключается в создании проводимости в
плазме или газе посредством облучения проникающим излучением, или
использовании несамостоятельного разряда при возбуждении газа внешним
электронным пучком.
Этот метод наиболее эффективен для возбуждения сред газовых лазеров
высокого давления, когда генерация осуществляется между колебательновращательными уровнями молекул. В этом случае энергия накачки расходуется
только на возбуждение колебательных уровней, а потери на ионизацию и
возбуждение электронных уровней малы.
Наиболее интересный режим работы – генерация или усиление ультракоротких
импульсов, когда длительность импульса меньше времени релаксации.

18.

Электроионизационные лазеры