Газовые лазеры. Создателем первого газового лазера
 Скачать 66.68 Kb.
|
|
Создателем первого газового лазера был американский физик Али Джаван совместно с У. Беннетом и Д. Эрриотом. Газовый лазер был первым непрерывным лазером, применявшимся в телекоммуникационной индустрии совместно с волоконной оптикой. Газовые лазеры сделали голографию практичной. Газовые лазеры активно используются во многих сферах деятельности, в том числе и в медицине. Н.Г. Басовым, Е.П. Маркиным и Д.И. Машем в 1962 г. был создан первый советский гелий-неоновый лазер с излучением на длине волны 1,153 мкм. После ряда усовершенствований гелий-неоновый лазер стал одним из наиболее употребительных и получил название классического. Он вызвал к жизни множество исследований, посвященных лазерам на других газообразных активных веществах. Газовый лазер – лазер, в котором активной средой является газ. Это могут быть как обычные газы, так и пары различных веществ и их смеси. По методам накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные, газодинамические и химические. Наиболее широкое распространение среди газовых лазеров получили газоразрядные лазеры. Разряд может быть как тлеющим, так и дуговым и создается постоянным током или переменным током высокой частоты (10 - 50 Мгц). Достоинства газовых лазеров: - возможность работы в непрерывном режиме; - высокая направленность и монохроматичность излучения; - широкий диапазон излучения от УФ- до ИК-области; - возможность осуществлять различные методы создания инверсной населенности; Недостатки: - невозможность получать в газовых лазерах сверхкороткие импульсы света и перестраивать диапазон их работы; - громоздкость и сложность конструкции; - низкий КПД. Активный элемент представляет собой трубку 1, заполненную смесью газов, в которой с помощью впаянных в нее электродов 2 и 3 и источника питания зажигается электрический разряд. Трубка помещается в оптический резонатор, образованный двумя зеркалами 4. Зеркала резонатора могут располагаться или внутри трубки, или вне ее. Газоразрядные лазеры подразделяют на три группы: атомарные, ионные и молекулярные. Атомарные лазеры являются источниками главным образом ИК-излучения, хотя они генерируют также в видимом диапазоне. Ионные лазеры генерируют в основном в видимом и ультрафиолетовом диапазонах, молекулярные – в ИК- и субмиллиметровом диапазонах (мазеры - работает в радиодиапазоне, а лазер начиная с ИК и до рентгена). Наиболее распространенным типом атомарного газоразрядного лазера, используемого практически во всех областях науки, техники и даже искусства, является гелий-неоновый лазер тлеющего разряда. Лазер работает в непрерывном режиме. Длина волны излучения чаще всего 630 нм, но используют также лазеры с длиной волны 3,39 или 1,15 мкм. Области применения: заводская настройка и измерения; подсчет и анализ клеток крови; медицинская наводка и наблюдение во время операций (для лазеров большой мощности); печать, сканирование и оцифровка высокого разрешения; сканеры штрих-кода; интерференционная метрология; общая оптика и голография; лазерные шоу; лазерные диски и другие накопители данных. Достоинства: 1) самая простая конструкция из всех газовых лазеров. 2) высокое качество излучения; 3) малая потребляемая мощность (8-10 Вт); 4) небольшие размеры; 5) невысокая стоимоть; 6) надежность; 7) большой срок службы. Недостатки: 1) низкая выходная мощность; 2) крайне низкий КПД. Среди ионных лазеров на благородных газах выделяется аргоновый лазер, обладающий наибольшей мощностью непрерывного излучения в видимом свете (до сотен ватт). Сочетание высоких выходных параметров с благоприятным расположением рабочих уровней энергии, обеспечивающих генерацию в сине- зеленой области спектра, где приемники излучения наиболее чувствительны, обусловило применение этих лазеров в целом ряде важных научных и технических областей. Это нелинейная оптика, исследование рассеяния света, биологические и медицинские исследования, диагностика плазмы, подгонка резисторов, скрайбирование микросхем, накачка лазеров на красителях. Достоинства: 1) дешевизна инертных газов; 2) легкое получение в чистом виде; 3) отсутствие реакций с конструктивными материалами лазера; 4) нетоксичность; 5) отсутствие необходимости нагрева. Недостатки: 1) значительные энергетические затраты из-за высоких плотностей тока; 2) низкий КПД; 3) серьезные технологические проблемы создания газоразрядных трубок и электродов вследствие достаточно быстрых термических и эрозионных разрушений разрядных трубок; Наиболее распространен из молекулярных лазеров лазер на диоксиде углерода (СО2-лазер). Он может давать мощность до 10 кВт и имеет довольно высокий КПД - около 40%. К основному углекислому газу обычно ещё добавляют примеси азота, гелия и других газов. Для накачки применяют тлеющий разряд постоянного тока или высокочастотный. Лазер на диоксиде углерода создает излучение с длиной волны около 10 мкм. Достоинства газоразрядных лазеров на СО2: - большая выходная мощность; - высокий КПД (порядка 30 %). Мощные лазеры на СО2 можно применять для резки и сварки металлов, для световой локации, а также в качестве мощного перестраиваемого по частоте ИС. |