Газовые лазеры СО2 лазер

асимметричный тип колебаний
- деформационный тип колебаний
Деформационные колебания могут происходить как

Все типы колебаний являются взаимно-независимыми, каждое
колебательное состояние определяется перечислением всех колебательных
чисел, включая моду деформационного колебания: (V1V2lV3)

0001→0200 с
длинами волн 10.6 мкм и 9.6 мкм
Величина

В разряде протекают следующие процессы:

Также происходит столкновительная передача энергии в процессах:

с последующим столкновением молекул углекислого газа друг с другом:

мс. Далее происходит
излучательная релаксация в одно из состояний 1000

Состояние 1000 очень быстро безызлучательно релаксирует в состояние 0200

Скорость безызлучательной релаксации состояния 0200 в состояние 0110
велика при столкновениях с гелием. Состояние 0110 так же быстро в
столкновениях с гелием безызлучательно релаксирует в основное состояние

Газовая смесь в СО2-лазере трехкомпонентная: генерация происходит на
переходах молекулы СО2, N2 используется для накачки верхнего лазерного
уровня, а гелий используется для опустошения нижних лазерных уровней
Характерные соотношения компонентов смеси СО2: N2:He=1:1:8 при
полном давлении порядка 10-15 Торр

Вероятность перехода 0001→1000 выше, чем вероятность перехода
0001→0200. Поэтому в обычном режиме СО2-лазер будет генерировать на
длине волны 10.6 мкм

хорошо поддерживается газовый разряд
2. Гелий отличается высокой теплопроводностью, что

3. При больших концентрациях гелия заметно снижается степень
диссоциации молекул СО2 при их столкновениях с электронами

Вращательная структура

Каждое колебательное состояние характеризуется набором вращательных
уровней. Вследствие этого генерация может происходить на целом ряде
колебательно-вращательных переходах, образуя в спектре излучения лазера
так называемые P- и R-ветви

При фиксированной температуре максимальная населенность достигается
для определенного номера вращательного уровня J (J=20 при рабочей
температуре) - генерация возникает на соответствующем переходе

R-ветвь

при различных температурах

и
продольным разрядом
лазеры с продольной быстрой прокачкой и
продольным

отпаянные лазеры

лазеры с поперечной прокачкой

ТЕА-лазеры

волноводные лазеры

газодинамические лазеры

разрядом
Продольная прокачка используется для удаления продуктов диссоциации
- длина резонатора

Ширина линии преимущественно доплеровская (около 50 МГц),
при давлениях порядка 25-30 Торр столкновительная ширина становится
сравнимой с доплеровской

Лазер работает преимущественно на одной продольной моде,
использование селективных устройств позволяет дискретно перестраивать
длины волн генерации по разным колебательно-вращательным переходам
Охлаждение водяное

Имеется оптимальная величина плотности тока: увеличение плотности
тока приводит к нагреву газа, что увеличивает населенность нижних
лазерных уровней и коэффициент усиления

на выходную мощность излучения, определяемую
максимально допустимой плотностью тока
Уносимая

В таких лазерах удается получить выходные мощности излучения до
нескольких кВт в непрерывном режиме

Лазеры с продольной быстрой прокачкой и продольным разрядом

Можно получать большие давления газовой смеси и, как следствие,
большую выходную мощность (десятки кВт)

Лазеры с продольной быстрой прокачкой и продольным разрядом

компенсировать диссоциацию молекул СО2 на молекулы СО -
добавление атомарного

Выходные характеристики мало отличаются от лазеров с медленной
прокачкой

ТЕА-лазеры

Существенное увеличение мощности излучения за счет перехода от
непрерывного режима генерации к импульсному:
увеличение давления смеси до атмосферного и более
включение разряда в поперечном направлении в виде короткого импульса

в импульсе при длительности
импульса 0.1 мкс
Используется предыонизация разряда

Большая столкновительная ширина линий усиления (3-4 ГГц) -
возможность синхронизации мод с длительностями импульсов,
составляющими доли наносекунд

Газодинамические лазеры

Газовая смесь, изначально находящаяся в резервуаре при высоких
температуре и давлении, вылетает со сверхзвуковой скоростью из
специального сопла в зону низких температур и давления. При установлении
равновесного распределения населенность нижнего уровня уменьшается
быстрее и в какой-то момент времени между нижним и верхним уровнями
возникает инверсная населенность
Мощность возрастает до сотен кВт