28. Ионные газовые лазеры. Схема энергетических состояний и механизм получения инверсии в ионизированном аргоне

Ионные лазеры

Ионные лазеры имеют в качестве рабочих веществ ионизированные инертные газы (Хе, Кг, Ar, Ne), а также ионы фосфора, серы, хлора, кадмия, цинка и др.
В ионных газовых лазерах лазерные переходы происходят между уровнями одно- или двукратно ионизированных атомов. Этому способствуют большие плотности тока при ионизации газов. Инверсия населенностей уровней осуществляется между уровнями ?₃ и ?₄. Уровень ?₄ с большим временем жизни сильно заселяется возбужденными атомами. Атомы возбуждаются при их соударении с быстрыми электронами в газовом разряде, а также путем перехода с полосы ?₃ (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема уровней, используемых в ионных лазерах
Уровень ?₃ имеет короткое время жизни относительно уровня ?,, и поэтому он быстро опустошается. Для сильной ионизации газа ток пропускают через длинный капилляр, который охлаждается из-за большой выделяемой энергии. Для увеличения концентрации электронов в центре капилляра создается продольное магнитное поле, которое сжимает разряд и предохраняет стенки от разрушения. На рис. 3.11 приведена одна из схем ионного лазера.

Рис. 3.11. Схема ионного лазера на аргоне: 1 — трубка обратной циркуляции газа
Первичные электроны генерируются катодом и на своем пути в разрядной трубке ионизируют газ. Для компенсации перекачки газов используют длинную трубку, которая не шунтирует газовый разряд.
Разряд в газе возбуждается постоянным, либо переменным высокочастотным полем. Наибольшее распространение получил аргоновый лазер. Он генерирует в сине-зеленой части спектра на длинах волн 0,488 и 0,514 мкм. Аргоновые лазеры могут излучать и в УФ-части спектра (0,340—0,370 мкм). Мощность излучения достигает киловатта. Аргоновый лазер может работать как в непрерывном, так и импульсном режимах. Криптоновые лазеры генерируют излучение в красной части спектра (0,65—0,86 мкм).