Аргоновый лазер

488 нм

Сначала образуется ион аргона в основном
состоянии за

Далее происходит возбуждение Ar+ в
состояние 4p:

Лазерная генерация осуществляется на
переходе 4p→4s

Нижний лазерный уровень опустошается с
излучением на длине волны 72 нм

порядок меньше,
чем верхнего. Поэтому аргоновый лазер работает в непрерывном

Скорость накачки и выходная мощность зависят от квадрата плотности
тока разряда

Для достижения выходных мощностей порядка десятков ватт требуются
токи порядка 1 А/см2 при давлениях аргона приблизительно 0.5 Торр

Линия генерации уширна из-за эффекта Доплера, ее ширина составляет
порядка 3.5 ГГц

Высокая температура разряда приводит к необходимости обеспечения
водяного охлаждения газоразрядной трубки аргоновых лазеров

Большие плотности тока позволяют поддерживать высокую степень
ионизованности газа

составляет порядка 0.25-0.5 Торр
Газовые лазеры: аргоновый лазер
Выражение для скорости

Ne и NA – плотности электронов и ионов аргона в разряде, Ne ≈ NA

Плотность электронов пропорциональна плотности тока

Использование мощных газовых разрядов требует принятия специальных
мер для предохранения от разрушения оболочек и других конструктивных
элементов газоразрядных трубок

По конструктивному выполнению ионный аргоновый лазер
значительно сложнее других газовых лазеров

тока
Причины спада мощности
при увеличении тока
Девозбуждение
электронами
верхних лазерных
уровней

Пленениее УФ
излучения на
длине волны 72 нм

100% ионизация

С ростом тока мощность начинает
уменьшаться вплоть до исчезновения
генерации

накачки верхних лазерных уровней используется гелий
Сначала при столкновении с

Далее происходит реакция Пеннинга:

Для ее эффективного прохождения несущественным является выполнение
условия резонанса для состояний, между которыми происходит
энергообмен – избыток энергии передается в кинетическую энергию
электрона

Результатом этой реакции является не только ионизация кадмия, но и
возбуждение образовавшегося иона

В реакции Пеннинга могут заселяться как состояния 2D, так и состояния 2P

эффективность заселения
состояний 2D выше, чем состояний 2P, так и

Опустошение нижнего лазерного уровня происходит излучательно с
переходом иона кадмия в основное состояние

Ширины неоднородно уширенных линий составляют порядка 1 ГГц

При одинаковой длине резонатора мощности излучения на длине волны
генерации 441.6 нм He-Cd лазера и 0.63 мкм He-Ne лазера приблизительно
одинаковы, близки параметры разряда (плотности тока) и рабочей смеси
(давление), примерно одинаковы температуры разряда

Отличие от гелий-неонового лазера

Верхние лазерные уровни, соответствующие излучению с длинами волн
441.6 нм и 325 нм, разные, вследствие чего конкуренция между линиями
генерации в этом лазере отсутствует

выходная мощность пропорциональны первой степени
плотности тока, поскольку реакция Пеннинга

Конструкция гелий-кадмиевого лазера должна обеспечивать поддержание
однородной плотности ионов кадмия по длине газоразрядной трубки –
ионный ток приводит к движению кадмия в область катода (катафорез)

Трубка изначально заполняется только парами гелия. Кадмий в
металлическом виде хранится в специальном расширении в трубке. Затем
кадмий испаряется, попадает в трубку, ионизируется и движется по
направлению к аноду. Вблизи анода пары охлаждаются и конденситруются

Лазер работает по такой схеме до тех пор, пока большая часть кадмия не
перетечет из печки в холодильник. После этого можно поменять местами
катод и анод, печку и холодильник, и снова включать лазер

углом Брюстера; 2 — катод;
3 — система охлаждения; 4

газоразрядной трубки гелий-кадмиевого лазера