Газовые лазеры

столкновения молекул СО с электронами:
Далее молекулы СО сталкиваются между

Отличительной особенностью молекулы СО является большое сечение
возбуждения колебательных состояний при столкновениях с электронами –
в разряде до 90% энергии электроном может быть преобразовано в
колебательную энергию

В результате VV-обмена одна молекула переходит на более низкий
колебательный уровень, а другая – на более высокий

при этом энергия соответствует дефекту энергии,
который обусловлен ангармонизмом колебательных

При n=1 процесс называется одноквантовым, при n=2, 3, 4 … -
двухквантовым, трехквантовым и т. д.

Экзотермический процесс:

Эндотермический процесс:

W2=W1exp(-ΔE/kT)

принцип детального равновесия для вероятностей
обоих процессов

некотором уровне в результате столкновений с электронами, процесс
VV-обмена приводит

При комнатной температуре максимально возможным заселенным
колебательным квантовым числом является V=20, а при охлаждении до
температуры жидкого азота V=35-40

Вероятность VT-релаксации мала по сравнению с вероятностью VV-обмена
на нижних уровнях СО и увеличивается с ростом номера V

Зависимость населенностей колебательных уровней от их номера –
распределение Тринора

1

1

2

2

ΔE

V-1

V

V+1

V

процессы типа:

Асимметричные процессы оказывают заметное влияние на итоговое
распределение

Асимметричные процессы могут быть как экзотермическими, так и
эндотермическими, и их вероятности также связаны между собой
принципом детального равновесия

Для моделировании процессов энергообмена между различными
состояниями молекулы СО получается система динамических уравнений,
в которой нужно учитывать несколько процессов для нескольких десятков
колебательных уровней

находится в диапазоне
ΔV=10-20, а при температурах жидкого азота ΔV=5-40

В области плато нельзя говорить об инверсной населенности по
колебательным состояниям

Разность населенностей соседних колебательно-вращательных уровней:

Для P-ветви выполняется условие частичной инверсии:

по
колебательным уровням, многократно участвует в излучательных процессах
Вследствие каскадной

ΔV=1: переходы на основной частоте

ΔV=2: первый колебательный обертон

Вероятность обертонных переходов существенно меньше вероятности
переходов на основной частоте - на обертонных переходах заметно меньше
и коэффициент усиления

В условиях селективной генерации получена генерация на первом
колебательном обертоне. На втором обертоне коэффициент усиления
настолько мал, что генерацию получить не удается

Наиболее простой конструкцией является схема с продольной прокачкой
ТЕА СО-лазерымогут

В непрерывном режиме достигаются мощности излучения в несколько
десятков Вт/м при давлении газа порядка 100 Торр

В первую очередь наблюдаются переходы, соответствующие максимальной
населенности вращательных уровней (для низкотемпературных лазеров
J=12-15)

В селективном режиме можно выделять любую из колебательно-
вращательных линий

лазера на окиси углерода
Диапазон длин волн его генерации попадает в

Промышленное использование СО-лазеров сильно ограничено
необходимостью поддержания активной среды при низких температурах

Тенденции современных разработок

Достижение больших мощностей
излучения прежде всего в импульсном
режиме

Получение генерации как
можно с более высоких
колебательных уровней

Поиск оптимального состава газовой смеси