Физические принципы работы лазера (оптического квантового генератора)
жүктеу/скачать 242,16 Kb.
|
Оптика Акмаржан
| Химические лазеры
Химические лазеры - это газовые лазеры, в которых инверсия населённостей образуется в результате химических реакций. Химические лазеры работают без внешнего источника энергии, в них происходит прямое преобразование энергии, выделяющейся в ходе химических реакций, в энергию лазерного излучения. Химический лазер состоит из реактора, в котором протекают химические реакции, и образуется активная среда, оптического резонатора, системы приготовления и запуска смеси газов в реактор, системы инициирования химических реакций и системы удаления отработанных продуктов. Активная среда химического лазера должна удовлетворять следующим требованиям: 1. Скорость заселения молекулами газа верхних рабочих уровней энергии должна превышать скорость заселения нижних рабочих уровней энергии. 2. Время жизни молекул в возбуждённом состоянии должно быть достаточно большим, сравнимым с длительностью протекания химических реакций в активной среде. 3. Реагенты должны быстро перемешиваться и их не сложно транспортировать. Большинство химических лазеров работает на колебательных уровнях энергии двухатомных молекул. Важной особенностью химических лазеров является то, что продукты химических реакций, происходящих в активной среде, образуются в возбуждённых состояниях. Для примера рассмотрим химический лазер DF СО2лазер, работающий на смеси газов - дейтерия D2, фтора F2 и углекислого газа С02 (рис.304). В рабочую камеру лазера вводят молекулы фтора F2 и молекулы окиси азота NO. При их взаимодействии образуются атомы фтора F NO + F2^NOF+F. Затем в газовую смесь добавляют молекулы С02, тяжёлого водорода D2 и атомы гелия Не. Происходят химические реакции В результате химических реакций образуются молекулы DF * в возбуждённом состоянии. Возбуждённые молекулы DF*, сталкиваясь с молекулами С02, находящимися в основном состоянии, передают им энергию возбуждения Возбуждённые молекулы СО 2 вместе с потоком газа попадают в резонатор, где происходят вынужденные квантовые переходы и возникает лазерное излучение. Рис.7 В газовую смесь, находящуюся в рабочей камере, вводят гелий Не. Он в химических реакциях не участвует, но за счёт большой теплоёмкости препятствует перегреву и самовоспламенению газовой смеси. Гелий так же ускоряет релаксационные квантовые переходы молекул СО 2, приводящие к уменьшению населённости нижних рабочих уровней энергии. Недостатком химических лазеров является токсичность используемых газов, например, фтора и сложная технология их получения. У химических лазеров высокая мощность генерации излучения и высокие коэффициенты полезного действия (к. п. д.). Для химических лазеров характерна возможность генерации на большом числе квантовых переходов в широкой области инфракрасного излучения. В промышленности, науке используются также жидкостные и полупроводниковые лазеры. В жидкостных лазерах активной средой является жидкость. Из жидкостных лазеров большой интерес представляют лазеры на красителях. Красители - сложные молекулы, у которых колебательные уровни энергии расположены почти непрерывно. Накачка в лазерах на красителях производится с помощью газоразрядных ламп или других лазеров. Они генерируют лазерное излучение в широком интервале длин волн. В полупроводниковых лазерах инверсия населённости рабочих уровней энергии создаётся с помощью оптической накачки, т. е. излучением большой мощности и частоты. Используется и электронная накачка, а именно, бомбардировка полупроводника быстрыми электронами с энергией порядка ~104 - 10 5 эВ. Электроны, пролетая через кристаллическую решётку полупроводника, отдают свою энергию валентным электронам. Валентные электроны, получив энергию от пролетающих электронов, переходят в зону проводимости. При большой интенсивности потока быстрых электронов рождается много электронно-дырочных пар, и создаются условия для генерации лазерного излучения. жүктеу/скачать 242,16 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|