Физические принципы работы лазера (оптического квантового генератора)
Лазеры на нейтральных атомах Г азовый лазер на смеси неона и гелия (гелий-неоновый лазер)
жүктеу/скачать 242,16 Kb.
|
Оптика Акмаржан
| Лазеры на нейтральных атомах Г азовый лазер на смеси неона и гелия (гелий-неоновый лазер)
Первый газовый лазер - гелий-неоновый лазер разработан в 1961 г. Основным элементом газового лазера является газоразрядная стеклянная или кварцевая трубка длиной от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Трубка подвергается сложной технологической обработке, из неё выкачивают воздух и заполняют смесью нейтральных атомов гелия Не и неона Ne в соотношении 1: 10. Внутри газоразрядной трубки помещены электроды для создания электрического разряда в газе. Газоразрядная трубка находится между двумя зеркалами оптического резонатора. Зеркала имеют многослойные диэлектрические покрытия, что позволяет создать необходимый коэффициент отражения для заданной длины волны Я и возбудить в газовом лазере генерацию света на нужной частоте. Рабочим веществом в гелий-неоновом лазере являются нейтральные атомы неона Ne. Инверсную населённость рабочих уровней энергии атомов неона Ne создают с помощью электрического разряда в газе. Электрическим разрядом называется прохождение электрического тока через газ. Метод использования электрического разряда в газе для создания инверсии населённостей уровней энергии разработал советский физик А. В. Фабрикант в 1951 г. Лазеры, в которых используется такой метод накачки, называются газоразрядными. Оптический метод накачки не выгоден для газов, обладающих узкими спектральными линиями поглощения. Источники оптической накачки - лампы излучают свет в широком интервале длин волн Я, поэтому только малая часть излучения идёт на создание инверсной среды. Г аз является изолятором при небольших значениях температуры и давления. Он состоит из нейтральных атомов, молекул, в нём отсутствуют свободные электрические заряды - электроны, ионы. Свободные электрические заряды в газе образуются при сильном нагреве или под действием ионизатора. Газ ионизируют, как с помощью электромагнитного излучения с малыми длинами волн Я (ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма - излучение), так и потоками свободных электронов, протонов, альфа - частиц и др. В реальных условиях в газах образуются свободные заряженные частицы под действием естественных внешних ионизаторов - космического излучения и природного радиоактивного излучения. Наличие в газах даже малого количества свободных электронов, ионов играет существенную роль в возникновении проводимости газов в достаточно сильных электрических полях. Внутри газоразрядной трубки, когда между электродами создано напряжение, равное 1 - 2 к В, возникает электрическое поле, действующее на свободные электроны. Они, двигаясь ускоренно, сталкиваются с атомами газов и ионизируют их. Появляются вторичные свободные электроны, так же вызывающие ионизацию атомов и т. д. Свободные электроны при столкновении с нейтральными атомами газа, находящимися в основном состоянии, передают часть кинетической энергии. Атомы, получив энергию от электронов, переходят на возбуждённые уровни энергии. Электроны могут сталкиваться с атомами газов, находящихся в возбуждённом состоянии, и переводить их на более высокие энергетические уровни. В электрическом разряде при определённых условиях возникает инверсия населённостей уровней энергии, что является необходимым условием генерации лазерного излучения. Рис.2 На рис 2 приведена упрощённая схема уровней энергии атомов неона Ne и гелия Не. Уровни энергии атомов неона Ne обладают сложной структурой. Они состоят из множества подуровней. Поэтому гелий-неоновый лазер может работать на 30 длинах волн Я в области видимого света и инфракрасного излучения. жүктеу/скачать 242,16 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|