Элементы квантовой, атомной и ядерной физики. Полицинский Е.В. - 72 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

72
импульсе 10
6
– 10
9
Вт. Исторически это был первый действующий лазер
(американский физик Т. Майман, 1960 г.).
Одним из самых распространенных лазеров в настоящее время
является газовый лазер на смеси гелия и неона. Общее давление в смеси
составляет порядка 10
2
Па при соотношении компонент He и Ne при-
мерно 10 : 1. Активным газом, на котором возникает генерация на длине
волны 632,8 нм (ярко-красный свет) в непрерывном режиме, является
неон. Гелий является буферным газом, он участвует в механизме созда-
ния инверсной населенности одного из верхних уровней неона. Излуче-
ние He–Ne лазера обладает исключительной, непревзойденной моно-
хроматичностью. Расчеты показывают, что спектральная ширина линии
генерации He–Ne лазера составляет примерно ∆ν ≈ 5·10
-4
Гц. Это фанта-
стически малая величина.
Время когерентности такого излучения ока-
зывается порядка τ ≈ 1 / ∆ν ≈ 2·10
3
с, а длина когерентности c
τ
≈ 6·10
11
м,
то есть больше диаметра земной орбиты!
На практике многие технические причины мешают реализовать
столь узкую спектральную линию He–Ne лазера. Путем тщательной
стабилизации всех параметров лазерной установки удается достичь от-
носительной ширины ∆ν / ν порядка 10
–14
–10
–15
, что примерно на 3 – 4
порядка хуже теоретического предела. Но и реально достигнутая моно-
хроматичность излучения He–Ne лазера делает этот прибор совершенно
незаменимым при решении многих научных и технических задач. Пер-
вый гелий-неоновый лазер был создан в 1961 году. На рис. 41 представ-
лена упрощенная схема уровней гелия и неона и механизм создания ин-
версной населенности лазерного перехода (прямыми стрелками изобра-
жены спонтанные переходы в атомах неона).
Накачка лазерного перехода E
4
→ E
3
в неоне осуществляется сле-
дующим образом. В высоковольтном электрическом разряде вследствие
соударений с электронами значительная часть атомов гелия переходит в
верхнее метастабильное состояния E
2
. Возбужденные атомы гелия не-
упруго сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном со-
стояние, и передают им свою энергию. Уровень E
4
неона расположен на
0,05 эВ выше метастабильного уровня E
2
гелия. Недостаток энергии
компенсируется за счет кинетической энергии соударяющихся атомов.
На уровне E
4
неона возникает инверсная населенность по отношению к
уровню E
3
, который сильно обедняется за счет спонтанных переходов
на ниже расположенные уровни. При достаточно высоком уровне на-
качки в смеси гелия и неона начинается лавинообразный процесс раз-
множения идентичных когерентных фотонов. Если кювета со смесью
газов помещена между высокоотражающими зеркалами, то возникает
лазерная генерация.

Страницы