РІЗНОВИДИ ГАЗОВИХ ЛАЗЕРІВ

Ексимерні лазери.

В якості активного середовища в лазерах цього типу виступають молекули, які можуть існувати тільки в збудженому стані. Такі молекули називаються Ексімер. У ексимерних молекулах для лазерної генерації використовуються електронно-коливальні переходи між стійким збудженим ( Е і хімічно нестійким основним станом (Е 0 ). Як приклад ексимерних молекул можна привести порушені молекули благородних газів та їх сполуки: Хе £, кг 2, Аг2, ХЕГ * , ХеСГ, кге Аг1Г * і т. д. (зірочка означає збуджену молекулу).

Якщо в робочому обсязі створити велику концентрацію ексимерних молекул, наприклад, пучком електронів з енергією до 1 МеВ і щільністю струму до 10 11 А / см 2 , то може бути отримана інверсна населеність порушеної рівня Е г . В результаті виникає інверсія населенностей на переходах між верхнім пов'язаним станом Е, і нижнім нестійким станом Е 0 . Через те, що верхнє стан Е, являє собою смугу електронно-коливальних рівнів, а в нижньому стані відсутня дискретна вращательно-коливальна структура рівнів енергії, випромінювання ексимерного лазера відбувається в порівняно широкому спектральному діапазоні, що дозволяє перебудовувати частоту генерації в межах цього переходу .

Крім широкополосности випромінювання, можна відзначити також те, що ексимерні переходи з порушеної в нестійке основний стан через швидку дисоціації ексімерний молекули супроводжуються практично миттєвим спустошенням нижнього лазерного рівня. Час життя ексі- мерів мало (~ 10 ~ 9 ... Ю 8 с), тому ексимерні лазери працюють в основному в імпульсному режимі, генеруючи короткі імпульси випромінювання з енергією до 10 Г) Дж і ККД до 10%. Ексимерні лазери випромінюють енергію в УФ діапазоні довжин хвиль (~ 1 ... 3,5) 10 2 нм.

Хімічні лазери.

Інверсія заселеність в хімічних лазерах досягається за рахунок енергії хімічних реакцій між окремими складовими активного середовища, при цьому використовуються тільки екзотермічні реакції. В результаті цих реакцій в газових сумішах, наприклад, таких, як НЕ, відбувається виділення енергії, велика частина якої переходить в коливальну енергію молекул.

Таким чином, основною перевагою хімічних лазерів є пряме перетворення хімічної енергії в енергію електромагнітного лазерного випромінювання з високим ККД (~ 10%). До інших достоїнств хімічних лазерів можна віднести великі потужності випромінювання в безперервному режимі (> 10 кВт), високе значення питомої енергії (~ 10 Дж / л), відсутність громіздких джерел живлення. Хімічні лазери працюють на колебательно-обертальних рівнях в спектральному діапазоні 3 ... 10 мкм.

Рентгенівські лазери (X <100 нм).

Розробка цих лазерів обумовлена вимогами розвитку нанотехнологій, особливо в галузі мікроелектроніки, застосуваннями в оптичної мікроскопії, голографії, в перспективних системах протиракетної оборони і т. Д. Енергія кванта випромінювання в рентгенівських областях спектра становить десятки і навіть сотні еВ, що створює великі труднощі при розробці відповідних активних середовищ з потрібним спектром енергетичних рівнів. Крім того, в рентгенівському діапазоні зростає роль спонтанних переходів, оскільки ставлення їх ймовірності до ймовірності індукованого випромінювання пропорційно кубу частоти А тп / В тп ~ (про 3 , що ускладнює генерацію індукованого випромінювання (див. П. 17.1).

В якості активних середовищ в рентгенівських лазерах використовуються плазмові середовища з багаторазово іонізованими атомами. Енергетичні стани іонів за своєю структурою аналогічні енергетичній структурі відповідних атомів з тією лише різницею, що значення різниці енергій рівнів іонізованих атомів набагато більше, ніж для нейтральних. Наприклад, спектри дозволених значень енергії вісім разів іонізованого атома аргону Аг 8+ або іона селену Ее 24 * аналогічні спектру атома N6, але значення різниці енергій рівнів у цих багаторазово іонізованих атомів Аг і Ее більше, ніж у Ке, в 50 і 500 разів відповідно.

Отримання плазми з такими багаторазово іонізованими (багатозарядними) іонами можливо тільки в установках типу тих, які використовуються для термоядерного синтезу, тому це обмежує їх застосування в даний час. Однак в силу важливості зазначених вище можливих застосувань, роботи зі створення цих лазерів в розвинених країнах проводяться досить інтенсивно. В даний час вже отримана лазерна генерація в режимі надкоротких імпульсів на Ее 24 *,

Аг 8 % А ^ 7 + і ряді інших елементів в діапазоні довжин хвиль від 3 до 50 нм.

Лазери на вільних електронах.

У лазерах цього типу використовуються основні переваги електронних вакуумних приладів з динамічним керуванням, наприклад, ЛБВО і ЛБВМ (див. Гл. 13, 14). У лазерах на вільних електронах активним середовищем є електронні потоки, прискорені до релятивістських швидкостей і рухомі через ондулятор. Ондулятор представляє пристрій з періодично змінюються в просторі електричним або магнітним полем. У магнітному ондулятором поле формується набором розташованих один за одним магнітів з чергується полярністю. Крім поступального руху, електрони під дією такого магнітного поля здійснюють періодичні коливання (осциляції), які супроводжуються електромагнітним випромінюванням з частотою оо () ~ ц / А ,, де і - швидкість переносного (поздовжнього) руху електронів, Про = X - просторовий період зміни магнітного поля.

Розрахунки показують, що для отримання випромінювання електронів у видимому діапазоні спектра необхідно розігнати їх до енергії в 50 МеВ (при 2) = 1 см). Сучасні прискорювачі заряджених частинок дозволяють розігнати електрони до енергій, що перевищують 500 МеВ, що буде відповідати випромінювання на червоному краю рентгенівського діапазону.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >