وصف البيئة النشطة من الليزر النيون الهيليوم. محاضرة الثالثة عشرة. الليزر الغاز. الليزر الهيليوم النيون. الليزر المتوسطة في الغاز لديها العديد من الخصائص الرائعة. بادئ ذي بدء، يمكن أن تكون بيئات الغاز فقط شفافة في مجموعة طيفية واسعة.

يشير الليزر الهيليوم النيون - إلى جانب الصمام الثنائي أو أشباه الموصلات - إلى عدد الليزر الأكثر استخداما والأكثر قبولا لمعرفة المنطقة المرئية للطيف. إن قدرة أنظمة الليزر من هذا النوع، المقصود أساسا لأغراض تجارية، في حدود 1 ميغاواط إلى عدة عشرات من ميغاواط MW. لا سيما شعبية ليست قوية جدا لليزر NE-NE-NE-NE-NE-NEW، والتي تستخدم أساسا كأجهزة اقتباس، وكذلك لحل المهام الأخرى في مجال معدات القياس. في النطاقات الأشعة تحت الحمراء والأحمر، ازدحام الليزر الهيليوم نيون بشكل متزايد بليزر ديود. He-Ne-Lasers قادرة، جنبا إلى جنب مع الخطوط الحمراء، أيضا تنبعث من البرتقال والأصفر والأخضر، والذي يتحقق بسبب المرايا الانتقائية المقابلة.

مخطط مستويات الطاقة

مستويات الطاقة من الهيليوم والليزر الجدد النيو - هي الأكثر أهمية لوظيفة الليزر HE-NE-NE. 1. تنفذ انتقالات الليزر في ذرة النيون، ويتم الحصول على أقصى خطوط مكثفة نتيجة التحولات ذات الأطوال الموجية 633 و 1153 و 3391 (انظر الجدول 1).

يبدو التكوين الإلكتروني لنيون في الحالة الرئيسية مثل هذا: 1S22S22P6، وقذيفة الأولى (ن \u003d 1) وتمتلئ الشل الثانية (n \u003d 2) بثمانية إلكترونات وفقا لذلك. الدول العليا في الشكل. 1 تنشأ نتيجة لحقيقة أن هناك 1s22s22p5-shell، والالكترون المتوهج (البصري) متحمس وفقا للمخطط: 3S، 4S، 5S، ...، SP، 4P، ...، إلخ. لذلك، حوالي حالة الإلكترون التي تتواصل مع قذيفة. في مخطط LS (Russell - Sounders) ل مستويات الطاقة يشار إلى النيون من قبل حالة الإلكترون واحد (على سبيل المثال، 5S)، وكذلك لحظة مدارية كاملة الناتجة L (\u003d S، P، D ...). في تدوين S، P، D، ... يوضح المؤشر السفلي لحظة مدارية كاملة J، والأعلى هو 2S + 1، على سبيل المثال، 5S1P1. وغالبا ما يستخدم تسمية ظاهرة حية للبستيكية (الشكل 1). في الوقت نفسه، يتم إجراء درجة سريعة في الدول الإلكترونية المتحمسة من 2 إلى 5 (لدول أسهم) ومن 1 إلى 10 (بالنسبة للدول الأخرى).

تين. 1. مخطط مستويات الطاقة في الليزر He-Ne-Ne يتم الإشارة إلى مستويات النيون بواسطة Pasheny، أي: 3S2، 3S3، 3S4، 3S5، إلخ.

الجدول 1. تعيينات انتقالات خطوط الليزر المكثفة

الإثارة

الوسيلة النشطة للليزر النيون الهيليوم هي خليط غاز يتم توفير الطاقة الضرورية في التفريغ الكهربائي. يتم تمرير مستويات الليزر العلوي (2S و 2P) بشكل انتقائي على أساس الاصطدامات مع ذرات الهيليوم الواسعة (23S1، 21S0). مع هذه الاصطدامات، ليس فقط تبادل الطاقة الحركية يحدث، ولكن أيضا نقل طاقة ذرات ذرات الذرات الهيليوم متحمسة من النيون. وتسمى هذه العملية تصادم النوع الثاني:

لا * + NE -\u003e غير + NE * + δE، (1)

حيث ترمز النجمة (*) بالضبط الحالة المثيرة. الفرق في الطاقات هو في حالة إثارة 2S-level: & deltae \u003d 0.05 eV. في تصادم، يتم تحويل الاختلاف الحالي إلى طاقة حركية، ثم يتم توزيعها عند حرارة. بالنسبة لمستوى 3S، تحدث العلاقات المتطابقة. مثل هذا ناقل الحركة الرنين للطاقة من الهيليوم إلى النيون هو عملية الضخ الرئيسية عند إنشاء انقلاب السكان. في الوقت نفسه، لا يؤثر وقتا طويلا من الحالة الواسعة بشكل إيجابي على انتقائية اختيار مستوى الليزر العلوي.

يستند إثارة الذرات إلى تصادم الإلكترونات - إما مباشرة أو من خلال التحولات الإضافية المتتالية من المستويات المغطاة. بفضل الدول المنقولة ذاتيا منذ فترة طويلة، تكون كثافة ذرات الهيليوم في هذه الدول كبيرة جدا. يمكن لمستويات الليزر العلوية 2S و 3S - مع مراعاة قواعد الاختيار الخاصة بانتقالات Doppler الكهربائية - للتحرك فقط إلى مستويات P الأساسي. لإنشاء الإشعاع الليزر بنجاح، من المهم للغاية أن يتجاوز عمر دول الدول (مستوى الليزر العلوي) \u003d ما يقرب من 100 HC، مدى عمر الدول (مستوى الليزر السفلي) \u003d 10 هكتورا.

الأطوال الموجية

بعد ذلك، نعتبر أن أهم التحولات الليزرية بمزيد من التفاصيل باستخدام الشكل. 1 والبيانات من الجدول 1. تحدث الخط الأكثر شهرة في المنطقة الحمراء للطيف (0.63 ميكرون) بسبب الانتقال 3S2 → 2P4. يتم تقسيم المستوى الأدنى نتيجة للإشعاع التلقائي لمدة 10 NS في مستوى 1S (الشكل 1). هذا الأخير مقاوم للانقسام بسبب إشعاع ثنائي القطب الكهربائي، بحيث تتميز بحياة طبيعية طويلة المستوى. لذلك، تتركز الذرات في هذه الحالة، والتي تبين أن تكون مكتظة للغاية. في إفرازات الغاز، تواجه الذرات في مثل هذه الدولة الإلكترونات، ثم حدثت مستويات 2p و 3s مرة أخرى. في هذه الحالة، يتم تقليل انقلاب السكان، مما يحد من قوة الليزر. نفذت إفراغ الدولة LS في أشعة الليزر الهيليوم النيون بشكل رئيسي بسبب الاصطدامات مع جدار أنبوب تصريف الغاز، وبالتالي، مع زيادة قطرها الأنبوب، هناك انخفاض في الربح و انخفاض في الكفاءة. لذلك، في الممارسة العملية، يقتصر القطر على حوالي 1 مم، مما يؤدي بدوره إلى حد قديء قوة إخراج الليزر He-Ne-Ne-Ne-dezens من MW.

المشاركة في انتقال الليزر التكوينات الإلكترونية 2S، 3S، 2P و SR تقسيم إلى العديد من Sublevels. هذا يؤدي، على سبيل المثال، إلى مزيد من التحولات في المنطقة المرئية للطيف، كما يتضح من الجدول 2. مع جميع خطوط الليزر واضحة للعيان، فإن كفاءة الكم هي حوالي 10٪، والتي ليست كثيرا. يوضح تخطيط المستويات (الشكل 1) أن مستويات الليزر العلوية موجودة حوالي 20 EV فوق الحالة الرئيسية. طاقة الإشعاع بالليزر الأحمر هو فقط 2 EV.

الجدول 2. موجات الطول الموجي λ، وإخراج الطاقة والخطوط عرض δ ƒ He-Ne-Laser (تعيين انتقالات الركاب)

اللون	λ نما	انتقال (تم الاجتياز بنجاح)	قوة mW.	Δ ƒ mhts.	ربح ٪ / م.
الأشعة تحت الحمراء	3 391	3S2 → 3P4.	> 10	280	10 000
الأشعة تحت الحمراء	1 523	2S2 → 2P1.	1	625
الأشعة تحت الحمراء	1 153	2S2 → 2P4.	1	825
أحمر	640	3S2 → 2P2.
أحمر	635	3S2 → 2P3.
أحمر	633	3S2 → 2P4.	> 10	1500	10
أحمر	629	3S2 → 2P5.
البرتقالي	612	3S2 → 2P6.	1	1 550	1.7
البرتقالي	604	3S2 → 2P7.
الأصفر	594	3S2 → 2P8.	1	1 600	0.5
الأصفر	543	3S2 → 2P10.	1	1 750	0.5

الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء حوالي 1.157 ميكرون ينشأ عن طريق التحولات 2S → 2P. الأمر نفسه ينطبق على خط أضعف إلى حد ما من حوالي 1.512 ميكرون. يتم استخدام كل من خطوط الأشعة تحت الحمراء في الليزر التجاري.

ميزة مميزة للسطر في نطاق IR عند 3.391 ميكرون هو مكاسب عالية. في منطقة الإشارات الضعيفة، أي مع مرور لمرة واحدة من إشارات الإضاءة الضعيفة، فهو يقع في حوالي 20 ديسيبل / م. هذا يتوافق مع معامل ليزر بطول متر واحد. مستوى الليزر العلوي هو نفسه مع انتقال أحمر معروف (0.63 ميكرون). التضخيم العالي، من ناحية، بسبب وقت قصير للغاية من الحياة في مستوى أقل 3P. من ناحية أخرى، يتم تفسير ذلك من خلال الطول الموجي كبير نسبيا، وبالتالي تردد الإشعاع المنخفض. عادة، نسبة القسري و الإشعاع العفوي يزيد للحصول على ترددات منخفضة ƒ. تضخيم الإشارات الضعيفة G عادة ما يتناسب مع G ~ ƒ2.

بدون عناصر انتقائية، كان قد حدث إشعاع ليزر الهيليوم النيون على السطر 3.39 ميكرون، وليس في المنطقة الحمراء عند 0.63 ميكرون. يتم إعاقة إثارة خط الأشعة تحت الحمراء إما المرآة الانتقائية للرنانية، أو الامتصاص في نوافذ Brewster من أنبوب تصريف الغاز. بفضل هذا، يمكن أن تزيد عتبة جيل الليزر على المستوى الكافي للإشعاع 3.39 ميكرون، بحيث يظهر سوى خط أحمر أضعف هنا.

الإعدام البناء

يتم تشكيل الإلكترونات اللازمة للإثارة في تفريغ الغاز (الشكل 2)، والتي يمكن استخدامها مع الجهد حوالي 12 كيلو فولت في التيارات من 5 إلى 10 أماه. الطول النموذجي للتفريغ هو 10 سم أو أكثر، قطر الشعيرات الدموية التفريغ حوالي 1 ملم ويتوافق مع قطر شعاع الليزر المنبعث. بزيادة في قطر تفريغ الغاز أنبوب تفريغ الغاز، ينخفض \u200b\u200bمعامل الكفاءة، لأنه يتطلب تصادمات مع جدار أنبوب لإفراغ مستوى LS. للحصول على طاقة إخراج مثالية، يتم استخدام ضغط كامل (P) من التعبئة: P · D \u003d 500 PA · MM، حيث D هو قطر الأنبوب. تعتمد النسبة في خليط HEH / NE على الخط المطلوب من الإشعاع بالليزر. بالنسبة للخط الأحمر الشهير، لم نتمكن من: NE \u003d 5: L، وخط الأشعة تحت الحمراء حوالي 1.15 ميكرون - هو: NE \u003d 10: L. الجانب الهام يبدو أيضا تحسين الكثافة الحالية. إن كفاءة خط 633 نانومتر حوالي 0.1٪، لأن عملية الإثارة في هذه الحالة ليست فعالة للغاية. عمر خدمة النيون الليزر الهيليوم حوالي 20،000 ساعة عمل.

تين. 2. التصميم البناء لليزر HE-NE-NE-RATIAT

التضخيم في ظل هذه الشروط موجود على مستوى G \u003d 0.1 م -1، لذلك من الضروري استخدام المرايا ذات العكسية العالية. للخروج من شعاع الليزر فقط على جانب واحد، هناك مرآة نقل (شفافة) جزئيا (على سبيل المثال، مع R \u003d 98٪)، وعلى الجانب الآخر - المرآة ذات أعلى انعكاس محتمل (~ 100٪). تعزيز التحولات الأخرى المرئية أقل بكثير (انظر الجدول 2). لأغراض تجارية، تمكنت هذه الخطوط من الحصول عليها فقط السنوات الاخيرة استخدام المرايا، تتميز بخسائر صغيرة للغاية.

في وقت سابق، تم إصلاح الليزر الهيليوم النيون، نوافذ منفذ أنبوب تصريف الغاز مع راتنجات الايبوكسي، وتم تركيب المرايا في الخارج. أدى ذلك إلى حقيقة أن الهيليوم منتشر من خلال الغراء، وانخفض الليزر إلى بخار الماء. اليوم، يتم إرفاق هذه النوافذ بواسطة المعدن المجدد مباشرة مع الزجاج، مما يعطي انخفاضا في تسرب الهيليوم حوالي 1 بنسلفانيا سنويا. في حالة وجود أشعة الليزر الإنتاج الضخم الصغيرة، يتم تطبيق طلاء المرآة مباشرة على نوافذ الإخراج، والتي تبسط بشكل كبير التصميم بأكمله.

خصائص شعاع

لتحديد اتجاه الاستقطاب، يتم توفير مصباح تفريغ الغاز مع اثنين من النوافذ الموجودة بشكل غير مباشر أو، كما هو موضح في الشكل. 2، يتم إدراج جهاز Relater في المرنان. الانعكاسية على السطح البصرية يناشد الصفر إذا سقط الضوء تحت ركن ما يسمى بالصنعة والتوازي المستقطب إلى الطائرة الخريف. وبالتالي، فإن الإشعاع مع هذا الاتجاه الاستقطاب دون خسائر يمر عبر نافذة Brewstone. في الوقت نفسه، فإن انعكاس المكون، المستقطبة عموديا إلى الطائرة السقوط، مرتفع بما فيه الكفاية ومقوى في الليزر.

معامل الاستقطاب (درجة) (درجة) في اتجاه الاستقطاب إلى السلطة عمودي على هذا الاتجاه) هو 1000: 1 في النظم التجارية التقليدية. عندما يعمل الليزر بدون لوحات صخب مع المرايا الداخلية، يتم إنشاء الإشعاع غير المستمر.

عادة ما يتم توليد الليزر على أزياء الإيقاع المستعرض (وزارة الدفاع المنخفضة الترتيب)، ويتم تشكيل عدة أوضاع طولية (محورية). عندما تكون المسافة بين المرايا (طول مرنان الليزر) L \u003d 30 سم، فاصل التردد بين الأجواء هو δ ƒ \u003d c / 2L \u003d 500 MHz. التردد المركزي هو 4.7 × 1014 هرتز. نظرا لأن مكسب الضوء يمكن أن يحدث ضمن النطاق δ δ \u003d 1500 ميجاهرتز (عرض دوبلر)، يتم انبعاث ثلاثة ترددات مختلفة في L \u003d 30CM: δ ƒ / δ ƒ \u003d 3. عند استخدام مسافة أصغر بين المرايا (<= 10см) может быть получена одночастотная генерация. При короткой длине мощность будет весьма незначительной. Если требуется одночастотная генерация и более высокая мощность, можно использовать лазер большей длины и с оснащением частотно-селективными элементами.

غالبا ما تستخدم ليزر هريوم-نيون حوالي 10 ميجاوات في التداخل أو الهولوغرافيا. طول التماسك من أشعة الليزر الإنتاج الضخم مماثلة هو من 20 إلى 30 سم، وهو ما يكفي تماما للمجولو للأشياء الصغيرة. يتم الحصول على أطوال متماسك أكثر أهمية باستخدام العناصر الانتقائية التسلسلية.

عندما تتغير المسافة البصرية بين المرايا، نتيجة لتأثير حراري أو غير ذلك، يحدث تردد Eigen المحوري لرنان الليزر. مع توليد تردد واحد، لا يوجد تردد إشعاعي مستقر هنا - إنه غير المنضبط في حدود عرض خط 1500 ميغاهيرتز. من خلال التنظيم الإلكتروني الإضافي، يمكن تحقيق استقرار التردد فقط في وسط الخط (النظم التجارية لها استقرار الترددات في عدة MHz عدة). في مختبرات البحث، من الممكن أحيانا استقرار الليزر الهيليوم النيون لمجموعة من أقل من 1 هرتز.

باستخدام المرايا المناسبة، قد تكون خطوط مختلفة من الجدول 4.2 متحمس لتوليد الإشعاع بالليزر. غالبا ما يتم العثور على الخط المرئي من حوالي 633 نانومتر مع قدرات نموذجية للعديد من ألواحي الأمودة. بعد قمع خط الليزر المكثف لترتيب 633 نانومتر من خلال استخدام المرايا أو المنشورات الانتقائية في المرنان، قد تظهر خطوط أخرى في النطاق المرئي (انظر الجدول 2). ومع ذلك، فإن قوة إخراج هذه الأسطر تشكل 10٪ فقط من قوة الناتج للخط المكثف أو حتى أقل.

يتم تقديم الليزر التجاري الهيليوم النيون بأطوال موجية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال هناك أشعة الليزر توليد على العديد من الخطوط وقادرة على تشع موجات مجموعات من أطوال مجموعة متنوعة من المجموعات. في حالة ضبط الليزر He-Ne-Ne-Ne-ne-ne-ne-ne-ne-ne-ne-ne-ne-ne، حدد المنشور، حدد الطول الموجي المطلوب.

الليزر الغاز هو جهاز يتعلق بالمولدات الكمومية البصرية.

العنصر الرئيسي في الليزر المستمر الهيليوم النيون هو أنبوب تفريغ الغاز. T. (الشكل 1)، وجود كاثود متلقي إلى الأنود أ. أنبوب مملوء بمزيج من الهيليوم ( لا) (ضغط جزئي لا 1 مم زئبق. سانت) ونيون ( NE.) (ضغط جزئي NE. 0.1 مم RT. شارع). القطر الداخلي للأنبوب 1 ... 10 ملم، طول من عدة عشرات من سنتيمترات إلى 1.5 ... 3 م. يتم إغلاق نهايات الأنبوب مع الزجاج الموازي للطائرة أو كوارتز Windows P 1 و P 2 مثبتة في زاوية bruteneer إلى محورها. بالنسبة للإشعاع المستقطب الخطي مع ناقل كهربائي في طائرة السقوط، فإن معامل الانعكاس منها هو صفر. لذلك، يوفر Windows Brewster Windows استقطاب خطي للإشعاع الليزر واستبعاد خسائر الطاقة عند نشر الضوء من المنطقة النشطة إلى المرايا والظهر. يتم وضع الأنبوب في مرنان يتم تشكيله بواسطة المرايا في 1 وفي 2 مع طلاء عازل متعدد الطبقات. هذه المرايا لديها معامل انعكاس مرتفع للغاية في الفاصل الطيفي العامل وعدم امتصاص الضوء عمليا. عرض النطاق الترددي من المرآة التي من خلالها الإشعاع بالليزر في الغالب، عادة ما يكون 1 ... 2٪، من الآخر - أقل من 1٪.

على أقطاب الأنبوب، يتم تقديم الجهد 1 ... 2 KV. عندما يتم احتساب الكاثود والجهد المحدد في أنبوب التعبئة، يمكن الحفاظ على الغازات بواسطة تصريف كهربائي. تفريغ متوهجة يخلق ظروفا لظهور انقلاب السكان السكان في النيون. الحالية النموذجية في تفريغ الغاز - عشرات ميلامبر.

إن الإشعاع المرئي للتفريغ يمنح النيون، لكن إثارة الذرات اللازمة لهذا تنفيذ ذرات الهيليوم. صورة تخطيطية مبسطة لمستويات الطاقة من الذرات لا و NE. تظهر في الشكل 2.

بسبب التأثيرات مع ذرات الإلكترونات لا الذهاب إلى الحالة المثيرة (2 3 س. و 2 1. س.). هذه المستويات غير موثوق بها مع طاقة 19.82 و 20.61 EV، على التوالي. التحول الإشعاعي التلقائي من هذه المستويات إلى المستوى الرئيسي وفقا لقواعد الاختيار محظور، أي. يحدث مع احتمال صغير جدا.

الشكل 2.

Atom Life على المستوى 2 1 س. و 2 3. س. عظيم بالمقارنة مع وقت الحياة على المستويات المثيرة العادية، تتراكم العديد من الذرات على هذه المستويات الواسعة. لاوبعد لكن مستويات النيون 3 س. و 2 س. يتزامن عمليا مع مستويات غير قابلة للخلال 2 1 س. و 2 3. س. الهيليوم. بسبب هذا، عندما تصادم الذرات متحمس لا مع الذرات NE.تحدث انتقالات الذرات NE. في الحالة المتحمسة مع نقل طاقة طاقة ذرات الذرات الهيليوم من النيون.

عملية إثارة الذرات NE. صور السهام المنقطة الأفقية (الشكل 2). نتيجة لتركيز ذرات النيون في المستوى 3 س. و 2 س. زيادة بقوة وهناك عدد سكان عكسي من مستويات الطاقة فيما يتعلق بالمستوى 2 رديئةوبعد أنيق أنبوب يخلق وسيلة نشطة تتكون من الذرات NE.التي لديها عدد عكسي من مستويات الطاقة من الإلكترونات.

الإشعاعات التلقائية من الذرات الفردية متحمس تؤدي إلى الانتشار في الوسيلة النشطة للفوتونات المقابلة للانتقال الإلكتروني في ذرات النيون من المستويات 3 س. على المستويات 2. P..

بموجب عمل المجال الكهرومغناطيسي، يحدث الفوتونات التي تنتشر في التفريغ (أولا ينبعث من تلقاء تلقائيا من ذرات النيون المتحمسة) الإشعاع المتماسك من ذرات NEO المثيرة الأخرى، أي. وسيط نشط ملء أنبوب الليزر. يتم ضمان الارتفاع الجماعي لهذه العملية بمقدار الإشعاع المتعدد بين المرايا. في 1 أولا في 2 مرناني، مما يؤدي إلى تكوين تدفق قوي من الإشعاع الاتجاه المتساقط في الليزر. يتم تحديد الحد الأدنى للعرض الزاوي لحم الخفيفة بالليزر بواسطة الحيوم المرتبط بتقييد المقطع العرضي من BEAG، I.E. فقط مع خصائص موجة الضوء. هذا هو الظروف الأكثر أهمية يتميز بمصدر ليزر من أي مصدر إضاءة آخر.

4 أدوات وإكسسوارات

1 الغاز الليزر LG78.

2 مقاعد البدلاء البصرية.

3 امدادات الطاقة.

4 حيود مصبغة.

5 لوحات زجاجية مع رذاذ microparty-tsami.

6 شاشة مع مقياس ملليمتر.

5 العمل مع الليزر الغاز

تمكين تبديل "الشبكة" تبديل التبديل. يتم تثبيت مفتاح "التعديل الحالي" في وضع العمل من قبل المعلم أو مدير المختبرات. ممنوع منعا باتا ترجمةها إلى موقع آخر.

أثناء العمل مع الليزر يجب أن نتذكر ذلك الإشعاع بالليزر على اتصال مع الإشعاع بالليزر المباشر .

لذلك، عند العمل مع الليزر، لوحظ ضوءه بعد الانعكاس على الشاشة بسطح نثر.

6 إجراءات لأداء العمل

التمرين 1

قياس الطول الموجي للإشعاع الليزر

حيوانات شعرية

يتيح الاتجاه والتماسك المكاني لإشعاع الليزر أنه يستخدم في عدد من القياسات دون مجموعة مسبقة.

يتضمن التثبيت لهذا التمرين ليزر، وهو رومي مع شبكة حيوية، وشاشة مع مقياس ملليمتر لمراقبة نمط الحيود (الشكل 3).

الشكل 3.

تم ضبط مصبغة الحيود بشكل عمودي على محور شعاع الضوء مغادرة الليزر. لهذا، يجب أن تنعكس الوهج الخفيف، المنعكس من طائرة شعرية، بالضبط في منتصف نافذة إخراج الليزر، I.E. لتحقيق مصادفة من شعاع الضوء الناشئة من الليزر والانعكاسات من طائرة شعرية.

نظرا للإشعاع الليزر أحادي اللون، هناك العديد من أطياف حيود غير متماثل من مختلف الطلبات الإيجابية والسلبية على الشاشة. تشكل هذه الأطياف سلسلة من الشرائط الحمراء على الشاشة تكرر المقطع العرضي من شعاع الضوء الأساسي الذي يسقط على الشبكة.

يتم تثبيت الشاشة عموديا على شعاع الضوء، ويتم وضع أوامر الطيفية نسبة متناظرية لشاشات صفرية.

تحت المسافة بين Sprfraction Spectra، طيف الترتيب الصفر، من الضروري فهم المسافة بين منتصف الأطياف الملاحظة (المشارب).

يتم إجراء حساب الطول الموجي من قبل الصيغة

أين د. - شعرية دائمة (في حالتنا د. \u003d 0.01 ملم)
- زاوية حيود؛

ك -ترتيب الطيف

l - الطول الموجي للإشعاع بالليزر.

الشكل 4.

يتم تحديد زاوية الحيود من النسبة

(2)

أين - المسافة بين مستويات النظام اليسرى واليمين ك.;

ل. - المسافة من الطائرة من مصبغة الحيود إلى الطائرة من الشاشة (الشكل 4).

استبدال (2) في (1)، نحصل

الإجراء لأداء التمرين 1

1 قياس المسافة في طيف الأول ( ك.\u003d 1)، ثانية ( ك.\u003d 2) والثالث ( ك.\u003d 3) الطلبات في مسافات مختلفة من الشاشة من شعرية حيود.

2 نتائج القياس. تنطبق على الجدول 1.

3 احسب طول الموجة المقابلة لإشعاع الليزر.

الجدول 1

ترتيب الطيف ك.	ل، م.	عاشر كم.	ل. أنا أكون.	، م.	دلف أنا أكون.	، م.		DL، م.	ه،٪

معالجة البيانات التجريبية

1 احسب طول الموجة لكل قياس حسب الفورمولا (3).

2. احسب متوسط \u200b\u200bالقيمة حيث ن. - عدد القياسات.

3 احسب الأخطاء المطلقة للقياسات الفردية

5 قم بتعيين قيمة الموثوقية أ (من خلال تعليمات المعلم).

6 حدد على طاولة الطلاب وحساب حدود الفاصل الزمني للثقة

7 احسب قيمة الخطأ النسبي القيمة التي تم العثور عليها استخدام في الحسابات المطلوبة في التمرين التالي.

تمرين 2

Fraunongferov الحيود الإشعاع الليزر

على جزيئات جولة صغيرة

أحادي اللون، شعاع متماسك جيدا ومتزاميا من الليزر يجعل من الممكن مراقبة حيود الضوء على جزيئات مستديرة.

لكي تكون زوايا الحيود على الجزيئات مهمة، يجب أن يكون حجم الجسيم صغيرا. ومع ذلك، إذا وضعت جسيم صغير في شعاع الضوء، فسيكون من الصعب مراقبة صورة الحيود على الشاشة عن بعد سيتم تصميم الصورة على خلفية خفيفة تم إنشاؤها بواسطة جزء من شعاع خفيف لم يختبر حيود.

للحصول على نمط حيود مرئي جيدا، يجب أن توضع على مسار شعاع الضوء، مجموعة من الجزيئات الطبيعية الفوضوية. في الواقع، نظرا لأنه يتم التحقيق في عملية حيوانات Phraungoferov، أي جسيم فردي، بغض النظر عن موقفه في الطائرة المستعرضة من شعاع الضوء، يعطي نفس التوزيع للضوء المنفرد.

مع الوجود المتزامن في قسم شعاع العديد من الجزيئات، لا ينزعج التوزيع الزاوي للضوء المنشرج الناتج عن كل جسيم بشكل منفصل إذا لم يكن هناك تأثير تكرار منهجي بين عوارض الضوء المختلفة على جزيئات مختلفة.

إذا تم عامش شعاع الجسيمات في المقطع العرضي من المقطع العرضي للجسيمات، فإذن بحكم متساوي الاحتمال لجميع قيم مراحل الموجات، فاختلفا في اتجاهات مختلفة، لن يكون هناك شدة فقط من الحزم الخفيفة جزيئات مختلفة. حيود صور OT. ن. سوف تزيد الجزيئات عن طريق شدة ن. بمجرد مقارنة مع نمط حيود من جسيم منفصل، دون تغيير هيكله. يستخدم هذا الظرف في التجربة الحالية.

يظل التثبيت هو نفسه كما هو الحال في التمرين 1، ولكن بدلا من تعريفة حيوية في رويترز، تم إنشاء ماندرل بألواح زجاجية، تودع جزيئات التجزئة (جراثيم نباتات Pladen)، وهي الكرات تقريبا نفس الحجم الصغير.

على الشاشة بعد التبديل على الليزر، يمكنك مراقبة نظام من ضوء متحدة المركز وحلقات حيود مظلمة تحيط بدائرة خفيفة.

زاوية نصف قطر A. أنا. خواتم داكنة تطيع العلاقات:

زاوية نصف قطر A. أنا. خواتم الضوء

(5)

أين رديئة - دائرة نصف قطر الجزيئات التي تسببت في عملية إنهاء الضوء.

قيم سينا أولا تحسب من الشرط

(6)

أين د الأول - القطر الخطي لحلقة الانعكاس المقابلة على الشاشة؛

ل. - المسافة من لوحة الزجاج إلى الشاشة.

أمر ممارسة 2.

ومعالجة البيانات التجريبية

1 قياس أقطار الأول ( د. 1) والثاني ( د. 3) حلقات داكنة في مسافات مختلفة ل.وبعد النتائج لوضع في الجدول. 2.

2 بناء جدول التبعية د \u003d F.(ل.) لكل من حيود Minima، أي د 1 \u003d و(ل.)و د 3 \u003d و(ل.).

3 حدد الظلال من زوايا الحيود المقابلة للحلقة المظلمة الأولى والثانية باستخدام الصيغة (6)، وقيمة نصف قطر الجسيمات مع العلاقات (4).

4 تحديد خطأ القياس. سجل النتيجة النهائية في النموذج رديئة = <رديئة> ± رديئة\u003e (م).

5 تقديم استنتاجات للعمل.

العمل 17. دراسة خصائص الإشعاع بالليزر

الغرض من العمل:

1. تعرف على مبدأ العمل وجهاز الليزر الهيليوم النيون.

2. لتعريف نفسك بالتدخل والتنجيم واستقطاب الإشعاع بالليزر.

3. تحديد فترات الهيكل ثنائي الأبعاد.

4. تحديد زاوية تاجر شعاع الليزر.

نظرية موجزة

الليزر مصدر ضوء جديد بشكل أساسي. من إشعاع المصادر العادية (المصابيح المتوهجة ومصابيح النهار، وما إلى ذلك) يختلف الإشعاع في الليزر في أنه قريب من أحادي اللون، له وقت قصير بشكل استثنائي والتماسك المكاني، اختلاف صغير جدا , وبالتالي، كثافة عالية بشكل استثنائي للطاقة الكهرومغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام شعاع الليزر.

يعتمد مبدأ الليزر على ثلاثة أجهزة مادية: الإشعاع القسري، انعكاس السكان وردود الفعل الإيجابية.

يخضع سلوك الذرات (الجزيئات) لقوانين ميكانيكا الكم، وفقا لما يمكن أن تتخذ قيم الكميات المادية (على سبيل المثال، الطاقة E) بعض القيم (المنفصلة) فقط. بالنسبة للطاقة، يتم أخذ هذه القيم بيانيا لتصوير شكل ما يسمى مستويات الطاقة (الشكل 1).

يطلق على مستوى الطاقة الأدنى الأساسي، لأنه يتوافق مع أحدث الحالة المقاومة للجسيمات. وتسمى المستويات المتبقية ذات قيم الطاقة العالية متحمسة.

يصور العملية المصحوبة بزيادة الطاقة الذرية كمرحلة انتقال إلى مستوى الطاقة الأعلى، وهي عملية انخفاض في الطاقة - كمرحلة انتقال إلى مستوى أقل.

النظر في تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) مع الذرات.

النوع الأول من التفاعل: تمتص الذرة، التي يجري في الحالة الرئيسية، الفوتون، الطاقة التي يكفي للانتقال إلى إحدى الدول المتحقة (الشكل 1A).

و ثانيا: ذرة تقع في حالة متحمس،

يذهب تلقائيا (تلقائيا) إلى حالة طاقة أقل: يرافق هذا الانتقال إشعاع الفوتون (الشكل 1B).

مع التحولات التلقائية، يتم تشع ذرات مختلفة غير مرارا وتكرارا، وبالتالي، وبالتالي، فإن مراحل الفوتونات المشعة غير متصلة، اتجاه الإشعاع، استقطابها شخصية عشوائية، وتتراوح تردد الإشعاع في بعض الحدود التي يحددها مستوى الطاقة ه 1 و ه 2.

الإشعاع التلقائي غير اتجاهي، غير مغطى، غير الأبعاد.

هناك، ومع ذلك، النوع الثالث من التفاعلوهو ما يسمى الإشعاع القسري. إذا كان ذرة تقع في حالة متحمسة (الشكل.2)، يسقط الإشعاع بتردد ν إن الانتقال المقابل للذرة إلى دولة أقل (1)، ثم يتحرك الذرة في إطار عمل هذا الفوتون، بينما يشع الفوتون، الذي يسمى الإشعاع القسري.

من المهم للغاية ملاحظة الملكية المميزة للإشعاع القسري: الموجة المنبعثة (الفوتون) لها نفس الشيء بالضبط الاتجاه والمرحلةكما تستمر. بالإضافة إلى ذلك، فإن هاتين الأمواجين لها نفس الترددات والدول الاستقطابية.

عندما التحولات 1 → 2 (الشكل 1A)، يتم امتصاص الإشعاع الخارجي، ومع الانتقال القسري 2 → 1 (الشكل 2)، على العكس من ذلك، يتم تضخيمها يضاف الفوتون المنبعث من قبل الذرة إلى الفوتون الخارجي. احتمالات التحولات 1 → 2 و 2 → 1oninka. إذا كانت معظم الذرات في حالة متحمس، فغالبا ما تتحول في كثير من الأحيان 2 → 1 . وبعبارة أخرى، فمن الضروري تعزيز الإشعاع الخارجي ل تعداد السكانالمستوى 2 كان أعلى من المستوى 1 السكان أو تحتاج إلى إنشاء انقلابمستويات السكان.

عند درجات حرارة T، يتم تحديد عدد ذرات N في حالة من الطاقة E الطاقة من قبل صيغة بولتزمان

n ~ exp (-e / kt)

حيث ك هو ثابت بولتزمان.

يمكن ملاحظة أنه أكبر طاقة الدولة E، أقل عدد ذرات N في هذه الحالة. وهذا يعني أن المستويات المنخفضة هي أكثر في حالة التوازن، ويسود امتصاص الضوء على التضخيم.

انقلاب مستويات السكان يتوافق مع حالة ذرات غير متساوية من الوسيلة.

إنشاء مثل هذه الحالة يمكن أن تكون مصطاقية
الطاقة إلى مادة العمل، على حساب الذرات المنقولة إلى مستوى الطاقة العليا. وتسمى هذه العملية ضخ.في أنواع مختلفة من الليزر، يتم تنفيذ الضخ بطرق مختلفة: في أشعة الليزر الحالة الصلبة، يتم تنفيذها بسبب امتصاص الضوء من مصابيح إضافية، في الغاز - بسبب انتقال طاقة طاقة الطاقة الإلكترونات التي يسارعها المجال الكهربائي خلال تصادمها.

وتسمى الوسيلة التي يتم فيها انقلاب السكان وسيلة نشطة.

تتكون كلمة "الليزر" من الأحرف الأولية من العبارة الإنجليزية: "تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز"، مما يعني: "تعزيز الضوء بمساعدة الإشعاع القسري". يطلق على الليزر أيضا مولدات الكم البصرية (OCG).

الليزر الغاز. الليزر الهيليوم النيون.

العنصر الرئيسي في الليزر الهيليوم النيون المستمر

الإجراءات هي أنبوب 2 (الشكل 3)، مليئة بمزيج من الهيليوم والنيون ضغوط جزئية من حوالي 1 و 0.1 mm.t.، على التوالي. يتم إغلاق نهايات الأنبوب مع لوحات زجاجية متوازية مسطحة 3 مثبتة على زاوية برات البرات إلى محورها.

يتم تشغيل الضخ في ليزر الغاز بسبب طاقة امدادات الطاقة التي تدعم التفريغ المستوهان بين الكاثود 4 والأنود 5. يحدث التفريغ في الأنبوب عند 1.5-2.0 كيلو فولت. تيار التفريغ للأنبوب هو عشرات ميلامب.

ذرات عمل الليزر الهيليوم النيون هي الذرات

النيون، المشع الفوتونات الحمراء (λ \u003d 632.8 نانومتر)، في الشكل. 4 يظهر مخططا مبسطا لمستويات الذرات النيون والهيليوم.

في النيون النقي، وضع حالات 3S عند الضخ غير فعال، لأن هذا المستوى لديه حياة صغيرة، والذرة النيون ينتقل بشكل عفوي إلى دولة 2P.

يتغير الوضع عند إضافة الهيليوم إلى النيون. مستوى الهيليوم المستوى 2S يساوي مستوى النيون 3S. مستوى طاقة الهيليوم 2S هو طويل الأجل ويملاؤها بفعالية. في تصادم ذرات الهيليوم المتحمسة مع ذرات النيون، تنتقل الطاقة إلى ذرات النيون. نتيجة لذلك، يتم إنشاء عدد عكسي من مستوى التشغيل NEON 3S.

بعد ذلك، يحدث عديدة في البيئة النشطة
أعمال التحولات التلقائية 3S → 2P، الفوتونات الناشئة (λ \u003d 632.8 نانومتر) تؤدي إلى التحولات القسري. لا تشارك هذه الفوتونات التي تتحرك في زاوية إلى محور الأنبوب في الحصول على شعاع الليزر. لا يرجع تكوين شعاع الليزر إلا إلى الفوتونات المنبعثة على طول محور الأنبوب.

يعد تعزيز الحزمة أسرع بكثير إذا عاد الضوء إلى البيئة النشطة حيث سيتم تكثيفها مرة أخرى بسبب التحولات القسري. حول مثل هذا الوضع يتحدثون كتعليقات. لإنشاء ردود فعل إيجابية في الليزر، استخدم مرنان بصري، وهو مرايفين 1 (الشكل 3).

تحدث الزيادة في شدة الإشعاع القسري مثل الانهيار، ويصبح أكثر شدة بشكل كبير من الإشعاع التلقائي، والتي لا يمكن النظر فيها في المستقبل.

يبدأ جيل شعاع الليزر في الوقت الحالي عندما تتجاوز الزيادة في طاقة الإشعاع بسبب التحولات القسرية فقدان الطاقة لكل مقطع من المرنان. بالنسبة لإخراج شعاع من المرنان، يتم إحدى المرايا 1 شفافة. يتم تغطية أسطح كلا المرايا بالأفلام، ويتم تحديد سمكها بطريقة تعكس موجات الطول الموجي المرغوب فيه، وكل الآخرين يخرجون.

عادة ما تكون شفافية مرايا المرنان أقل من 1٪.

خصائص الإشعاع بالليزر.

معلومات مماثلة

ميزات المتوسطة النشطة الغازية. طرق الإثارة الأساسية. التفريغ الكهربائي، ديناميات الغاز، والإثارة الكيميائية، والضوء الضوئي، والضخ البصري. نقل الرنين للطاقة الإثارة أثناء الاصطدامات. الليزر الهيليوم النيون. مستويات المخطط. نقل الطاقة الإثارة. مسابقة خطوط الإشعاع على موجات 3.39 و 0.63 ميكرون. معلمات التفريغ، معلمات الليزر.

النظر في طرق إنشاء الانقلاب سننفذنا على أمثلة الليزر التي تمثل أكبر اهتمام.

لنبدأ بليزر الغاز. يؤدي الغازات المتوسطة النشطة إلى عدد من العواقب الرائعة. بادئ ذي بدء، يمكن أن تكون وسائط الغاز فقط شفافة في مجموعة طيفية واسعة من منطقة الأفكار الأشعة فوق البنفسجية من الطيف إلى أمواج الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وهي مجموعة مايكروويف أساسا. نتيجة لذلك، تعمل ليزر الغاز في مجموعة كبيرة من الأطوال الموجية المقابلة للتغيير في التردد بأكثر من ثلاثة أوامر من الحجم.

إضافه على. مقارنة بالأجسام الصلبة والسوائل، فإن الغازات لها كثافة أقل بكثير وتجانس أعلى. لذلك، فإن شعاع الضوء في الغاز أقل مشوهة وتبدد. هذا يجعل من الأسهل تحقيق حد حيود للإشعاع بالليزر.

في كثافة منخفضة للغازات، يتميز توسيع Doppler لخطوط الطيفية، حيث تكون قيمتها صغيرة مقارنة بعرض خط التلألاح في الوسائط المكثفة. هذا يجعل من الأسهل تحقيق الإشعاع أحادي اللون عالية من أشعة الليزر الغاز. نتيجة لذلك، يتم تجويف الخصائص المميزة للإشعاع بالليزر بشكل واضح في الإشعاع لليزر الغاز - أحادية الأبعاد عالية والتوجيه.

تتفاعل مكونات الجسيمات من الغاز مع بعضها البعض في عملية تصادم نظام الغاز. هذا التفاعل ضعيف نسبيا؛ لذلك، لا يؤثر ذلك عمليا على موقع طاقة URDVine للجسيمات ويتم التعبير عنها فقط في توسيع الخطوط الطيفية المقابلة. عند الضغوط المنخفضة، توسيع الاصطدام قليلا ولا يتجاوز دوبلر

العرض. في الوقت نفسه، تؤدي الزيادة في الضغط إلى زيادة العرض الاصادي (انظر المحاضرة الثانية)، ونحن نصل إلى فرصة للتحكم في عرض خط التعزيز للوسيلة النشطة للليزر، الموجودة فقط في القضية من الليزر الغاز.

كما نعلم، لتحقيق شروط الإثارة الذاتية، يجب أن تتجاوز الربح في بيئة نشطة في تمريرة واحدة من مرونة الليزر الخسارة. في الغازات، فإن عدم وجود خسائر الطاقة غير المدرجة في البيئة النشطة مباشرة يجعل من الأسهل أداء هذه الحالة. من الصعب تقنيا جعل المرايا مع الخسائر أصغر بشكل ملحوظ من 1٪. وبالتالي، يجب أن يتجاوز تعزيز تمريرة واحدة 1٪. يشرح السهولة النسبية لأداء مثل هذا الشرط في الغازات، على سبيل المثال عن طريق زيادة طول الوسيلة النشطة، وجود عدد كبير من أشعة الليزر الغاز في مجموعة واسعة من الأطوال الموجية. في الوقت نفسه، تمنع كثافة الغازات المنخفضة مثل هذه الكثافة العالية للجزيئات متحمسة، والتي تتميز بالجهات الصلبة. لذلك، فإن استهلاك الطاقة المحدد لليزر الغاز أقل بكثير من الليزر على وسائل الإعلام المكثفة.

تتجلى تفاصيل الغاز أيضا في مجال عمليات العمليات المادية المختلفة المستخدمة لإنشاء انقلاب للسكان. وتشمل هذه الإثارة في التصادم في التفريغ الكهربائي، والإثارة في العمليات الديناميكية للغاز، والإثارة الكيميائية، والضويم الضوئي، والضخ البصري (الإشعاع بالليزر بشكل رئيسي)، والإثارة شعاع الإلكترون.

في الغالبية العظمى من أشعة الليزر الغاز، يتم إنشاء انعكاس السكان في تفريغ كهربائي. يطلق على هذه الليزر الغاز عن تصريف الغاز. طريقة تفريغ الغاز لإنشاء وسيلة نشطة هي الطريقة الأكثر شيوعا للحصول على الانقلاب في أشعة الليزر الغاز، لأن إلكترون التفريغ تثير بسهولة جزيئات الغاز، وترجمتها في عمليات الاشتباكات المعدية إلى مستويات أعلى من الطاقة. عادة ما يتم تفسير تفريغ الوهج الملحوظ (مصابيح نقل الغاز) عن طريق التحولات التلقائية من مستويات الطاقة هذه إلى أسفل. إذا كانت سرعة عمليات التحلل في الدول المثيرة مواتية من خلال تراكم الجزيئات في بعض الطواق الأعلى وإفراغ نوع من الطاقة المنخفضة، فهناك انقلاب للسكان بين هذه المستويات. بسهولة غاز مثيرة في مجموعة طاقة واسعة، فإن إلكترونات تصريف الغاز تخلق انقلابا من مستويات السكان من الذرات المحايدة والجزيئات والأيونات.

تنطبق طريقة تفريغ الغاز على إثارة أشعة الليزر من كل من أوضاع التشغيل المستمرة والدفاعية. يتم استخدام إثارة النبض في الغالب في حالة عدم توعية الوضع المستمر لديناميات السكان في المستويات العلوية والسفلية من الطاقة، وكذلك من أجل الحصول على قوة إشعاعية عالية لا يمكن تحقيقها في الوضع المستمر.

يمكن أن يكون التفريغ الكهربائي في الغاز مستقلا ومستقلا. في الحالة الأخيرة، يتم توفير الموصلية للغاز من قبل وكيل أيون خارجي، ويتم تنفيذ عملية الإثارة بغض النظر عن ظروف انهيار الغاز مع القيمة المثلى لقوة المجال الكهربائي في فجوة التفريغ. في وسط الغاز، فإن التأثير الخارجي المستقل المستقل، وهذا الحقل والحالي الناجم عنهم يحددون طاقة الإثارة (إدخال الطاقة) المقدمة في الفئة.

ميزة مميزة للغازات هي إمكانية إنشاء جماهير الغاز هذه، والتي تغيرت فيها معلمات الغاز الديناميكي الحراري بشكل كبير. لذلك، إذا كان غازا مدفئا مرتفعا مسبقا يتوسع فجأة، على سبيل المثال، عندما تسرب بسرعة الصوت من خلال بعض الفوهة، تنخفض درجة حرارة الغاز بشكل حاد. تتوافق هذه درجة حرارة جديدة منخفضة إلى حد كبير مع توزيع التوازن الجديد للسكان في مستويات الطاقة من جزيئات الغاز. في حالة انخفاض مفاجئ في درجة حرارة الغاز لبعض الوقت، يتم إزعاج توازن هذا التوزيع. بعد ذلك، إذا كان الاسترخاء إلى توازن ديناميكي حراري جديد من أجل المستوى الأدنى سيكون أسرع من الأعلى، فإن التوسع الديناميكي للغاز يرافقه انقلاب السكان، الموجود في بعض المناطق الممتدة من الغاز. يتم تحديد حجم هذه المنطقة بمعدل التدفق الديناميكي للغاز ووقت الاسترخاء للسكان معكوس في ذلك.

هذه هي الطريقة الديناميكية للغاز للحصول على الانعكاس، حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية للغاز الساخن مباشرة إلى طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي أحادي اللون. تتمثل ميزة مميزة مهمة في هذه الطريقة في إمكانية تنظيم تدفقات غاز ديناميكية للجماهير الكبيرة من المادة الفعالة وبالتالي الحصول على طاقة إخراج عالية (انظر الصيغة (6.57)).

في حالة الإثارة الكيميائية، يتم إنشاء انقلاب العنصر نتيجة التفاعلات الكيميائية التي يتم فيها تشكيل ذرات متحمسة، الجزيئات، المتطرفين. إن وسط الغاز مريحة للإثارة الكيميائية بحقيقة أن الكواشف يتم خلطها بسهولة وسرعة نقلها بسهولة. في ردود الفعل الكيميائية في المرحلة الغازية، يتجلى التوزيع غير التوازن للطاقة الكيميائية بين منتجات التفاعل بقوة أكبر ويبقى أطول. الليزر الكيميائي مثيرة للاهتمام في أن لديهم تحول مباشر للطاقة الكيميائية في طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي. تؤدي مشاركة ردود الفعل السلسلة إلى حقيقة أن النسبة النسبية من تسقط إمدادات الطاقة. تكلفة بدء ردود الفعل التي توفر الانقلاب. نتيجة لذلك، يمكن أن يكون استهلاك الكهرباء أثناء تشغيل الليزر الكيميائي صغيرا جدا، وهو أيضا ميزة كبيرة من الطريقة الكيميائية لإنشاء الانقلاب. أضف إلى ذلك أن إزالة منتجات التفاعل، أي العمل في دفق الغاز يمكن أن يوفر شخصية مستمرة

عمل الليزر الكيميائي. هناك أيضا مزيج من الأساليب الكيميائية والغاز الديناميكية للإثارة.

تشكل الليزر بجوار الليزر الكيميائي، وعكس السكان الذي يتحقق فيه بمساعدة ردود الفعل الضوئية. كقاعدة عامة، فهي ردود الفعل السريعة التي بدأتها تفشي الضوء أو الانفجار الشديد. نتيجة للانفصال، تحدث الذرات أو المتطرفين المتحمسين. الطبيعة المتفجرة لرد الفعل تسبب وضع الدافع لتشغيل هذه الليزر. نظرا لحقيقة أنه من خلال البدء المناسب، يمكن أن تغطي الضوثة في نفس الوقت كمية كبيرة من الغاز المصدر، يمكن أن تصل قوة النبض وطاق الطاقة للإشعاع في طريقة الضوئية لخلق الانعكاس إلى قيم كبيرة.

أصبحت طبيعة غريبة في حالة البيئات النشطة للغاز هذه الطريقة العامة لإنشاء انقلاب كضخ بصري. بسبب انخفاض كثافة الغازات، خطوط امتصاص الرنين الضيق. لذلك، يمكن أن تكون الضخ البصرية فعالة إذا كان مصدر المضخة أحادي اللون كافية. عادة ما تستخدم مصادر الليزر. يتجلى تفاصيل الغازات في حالة الضخ البصري في حقيقة أنه بسبب انخفاض كثافته، فإن عمق تغلغل الإشعاعات الضخ في الغاز يمكن أن يكون تبديدا كبيرا وحرارة عند امتصاص الإشعاع صغيرا. كقاعدة عامة، لا تؤدي الضخ البصري الريني لوسائل الإعلام الغازية عمليا إلى انتهاك تجانسها البصرية.

مع إثارة شعاع الإلكترون لبيئات الغاز، يحدث تأين الغاز مع إلكترونات عالية الطاقة (0.3-3 ميغ). في الوقت نفسه، فإن طاقة الإلكترونات السريعة في الحزمة الأساسية، العدد الإجمالي الذي هو صغير نسبيا، يتم تحويله إلى طاقة عدد كبير من الإلكترونات البطيئة. تنفذ إثارة مستويات الليزر العلوي من خلال هذه الإلكترونات منخفضة الطاقة (من الوحدات إلى العشرات من الطاقة الإلكترونية). نظرا لأن طول الأميال من الإلكترونات عالية الطاقة في الغازات كبيرة بما يكفي، فإن طريقة إثارة شعاع الإلكترون مريحة للغاية لإنشاء وسيلة نشطة أحجام كبيرة في الغازات العالية، والغازات من أي تكوين.

وإثارة الأشعة الإلكترونية مرنة وفي نفس الوقت، الطريقة القوية قابلة للتطبيق عمليا. الميزة الكبرى لهذه الطريقة هي أيضا إمكانية تركيبة لها بطرق أخرى لإنشاء وسيط نشط لليزر الغاز

قبل الانتقال إلى دراسة محددة لكيفية تنفيذ كل هذه الطرق لخلق الانقلاب في أنظمة الليزر الليزرية في بعض الأنظمة الليزرية الغازية التي تمثل أكبر اهتمام، فمن المستحسن أن نلاحظ الظروف ذات الطبيعة العامة.

أولا، إن تحقيق الانقلاب في بيئة الغاز يسهل بشكل كبير من قبل الجينات النسبية لعمليات الاسترخاء

في الغازات. كقاعدة عامة، فإن ثوابت السرعة المقابلة معروفة جيدا أو يمكن دراستها بسهولة نسبيا تجريبيا. في منطقة Shortwave والتحولات التي سمحت لها، فإن العملية التي تمنع الاحتفاظ والاحتفاظ بها هي الانعكاس التلقائي للمستوى العلوي (انظر المحاضرة الثانية). أوقات الإشعاع في حياة الذرات، الجزيئات، الأيونات هي أيضا معروفة أو يمكن أن تكون معروفة جيدا نسبيا. قيم هذه الأوقات المعروفة للجزيئات المجانية صالحة للغازات.

ثانيا، تتميز الغازات بنقل الطاقة الإثارة من جزيئات مجموعة متنوعة إلى جزيئات متنوعة أخرى مع الاصطدامات غير المرنة بينهما. مثل هذا النقل هو الأكثر فعالية، يتزامن بدقة أكثر مستويات طاقة جزيئات الاصطدام. الحقيقة هي أن الفرق دائما في قيم طاقة تلك الدول التي تحدث تبادل السكان التي تحدث خلال الاصطدام تؤدي إلى حقيقة أن انتقال الإثارة يرافقه إطلاق سراح الطاقة الحركية (أو الامتصاص)

هنا N هي كثافة جزيئات الجهات المانحة لأشعة الإشعاع، N هي كثافة المقبولين، تشير النجمة إلى إثارة الجسيمات المقابلة. يدل الرمز K، الذي يقف فوق الأسهم في المعادلة (13.1)، على معدل ثابت لهذا التفاعل. يمكن الحصول على الطاقة الحركية من خزان الطاقة الحرارية لحركة العبور لجزيئات الغاز (أو نقلها إلى هذا الخزان). من أجل أن تكون هذه العملية فعالة إلى الخزان (المستمدة من الخزان) في تصادم واحد، يجب ألا تتجاوز الطاقة متوسط \u200b\u200bطاقة الحركة الحرارية للجسيمات. وبعبارة أخرى، يجب أن يكون العجز في الطاقة في الدول قيد النظر:

في هذه الحالة، يحدث ما يسمى بنقل الرنين (الرنين القوي) للطاقة الإثارة.

من الناحية العامة، يتم وصف عملية نقل الطاقة (13.1) من خلال المعادلة عالية السرعة للنموذج

حيث T بعض وقت الاسترخاء الفعال، والمعدل ثابت لمعدل الطاقة للإثارة، كالعادة،

هنا، V هي سرعة الجسيمات المصنفة، ويقترب المقطع العرضي لعملية النقل من قسم متقاطع من نظام الغاز، عند الشروط الشرطية (13.2). في الجزء الأيمن من المعادلة

(13.3) تؤخذ عملية العودة في الاعتبار. على افتراض تنفيذ قانون الحفاظ على الجزيئات:

من (13.3) من السهل الحصول على ذلك في ظروف ثابتة

بشرط

يتحقق مستوى الإثارة للمقبولين، والحد الأقصى لمستوى الإثارة المانحة المحتملة.

لذلك، فإن عملية نقل الطاقة الاصطدامية للطاقة الإثارة من جزيئات مجموعة متنوعة إلى جزيئات مجموعة متنوعة أخرى، سمة من سمات بيئات الغاز، فعالة عند أداء الشرط (13.2). هذه العملية فعالة في إنشاء وسيلة ليزر نشطة تستند إلى N Type N عن إثارة جزيئات النوع N عند الشرط الشرطي (13.7).

تين. 13.1. إن نقل طاقة الإثارة وفقا للمخطط هو السهم المباشر ل Vscer - إثارة الجسيمات N، السهم المباشر إلى أسفل - الإشعاع من قبل الجزيئات هو سهم لأسفل متموج - استرخاء المستوى الليزر السفلي للجزيئات N. تظهر غياب الاسترخاء الخاصة للجزيئات

توسع نقل طاقة الإثارة بشكل كبير إمكانيات إنشاء الليزر الغاز، مما يسمح بتقسيم طاقة الإثارة والإشعاع اللاحق في الوسط النشط عند الطول الموجي المطلوب. العملية تحدث في مرحلتين. في البداية، بطريقة أو بأخرى، تكون جزيئات الغاز المساعد متحمسا - الناقل من الطاقة الزائدة ومانح الطاقة الإثارة البارزة. ثم، في عمليات الاصطدامات القباعية، يتم نقل الطاقة من غاز الناقل إلى جزيئات غاز العمل - مقبول الطاقة الإثارة، وبالتالي استنشاق مستوى الليزر العلوي. الجزء العلوي يجب أن يكون على مستوى الطاقة للغاز المساعد قدرا كبيرا من الحياة لتجميع الطاقة بشكل جيد. يتم عرض العملية التي تعتبر مخططا في الشكل. 13.1.

تم استخدام الطريقة قيد الدراسة على نطاق واسع، كما عمليا مع جميع أساليب الإثارة (التفريغ الكهربائي،

غالبا ما يكون الأمر ديناميكيا ديناميكا، كيميائية، إلخ. إعطاء الإثارة للجزيئات المطلوبة.

ننتقل الآن إلى النظر المباشر لعدد من أشعة الليزر الغاز. دعنا نبدأ مع أنظمة الغاز الذرية، الذي يمثل ممثله المشرق ليزر هيليوم النيون. ومن المعروف أن هذا الليزر كان، في جوهره، أولا. ينتمي الحسابات والمقترحات الأولية إلى أشعة الليزر الغازية، ويرجع ذلك أساسا إلى درجة أكبر من فهم مستويات مستويات الطاقة وشروط الإثارة في بيئة الغاز التي تمت مناقشتها بالفعل. ومع ذلك، تم إنشاء أول ليزر روبي بسبب حقيقة أن هذه الكريستال الوحيد الذي درس بعناية في التحليل الطيفي الراديوي من EPR وتم استخدامه على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات الكمي الميكروويف لإنشاء مكبرات الصوت الكمومية القمامة (ماسورية السمعة). قريبا، في نهاية نفس 1960، جينس،

تين. 13.2. مخطط الإثارة النيون والهيليوم في التفريغ الكهربائي (تسميات الأسهم هي نفسها كما في الشكل 13.1). يظهر إمكانية مستويات الطاقة السكانية المتتالية من النيون.

خلق W. Bennett و D. Harriti ليزر نيون هيليوم على الطول الموجي من 1.15 ميكرون. تم تشكيل أكبر اهتمام لليزر الغاز بعد افتتاح جيل ليزر الهيليوم النيون على خط أحمر من 632.8 نانومتر عمليا بموجب نفس الشروط في الإطلاق الأول في موجة 1.15 ميكرون. هذا هو الفائدة في المقام الأول في تطبيقات الليزر. أصبحت شعاع الليزر أداة.

أدت التحسينات الفنية إلى حقيقة أن الليزر الهيليوم النيون توقفت عن أن تكون معجزة لمعدات المختبرات والفن التجريبي وتحولت إلى جهاز موثوق. هذا الليزر معروف جيدا، فهو يبرر شهرةه ويستحق الانتباه.

في الليزر الهيليوم النيون، فإن مادة العمل هي ذرات نيون محايدة. يتم إجراء الإثارة من خلال تصريف كهربائي. المبسطة ومع ذلك، بمعنى ما، يظهر المخطط المعمم لمستويات النيون في الجانب الأيمن من الشكل. 13.2. في التفريغ الكهربائي في التصادمات مع الإلكترونات

مستويات متحمسة. المستويات الواسعة، والمستوى مقارنة بها هو أقصر. لذلك، يبدو أن انقلاب السكان السكانيين فيما يتعلق. هذا، ومع ذلك، يمنع المستوى غير القابل للذين. في أطياف العديد من الذرات، بما في ذلك ذرات الغاز الخامل، هناك مثل هذا المستوى غير القابل للأمام طويل العمر. التحدث في التصادمات مع الإلكترون، لا يسمح هذا المستوى بالمستوى الذي سيتم تخفيضه، مما يمنع الانقلاب للحصول عليه.

في النيون النقي، خلق الانقلاب في الوضع المستمر أمر صعب. تسبب هذه الصعوبة، وهي شائعة بما فيه الكفاية في العديد من الحالات، عن طريق إدخال غاز إضافي إلى مانح الطاقة الإثارة. هذا الغاز يخدم الهيليوم. تعمل طاقات اثنين من مستويات المرشحين المفضلتين من الهيليوم (الشكل 13.2) بدقة مع طاقات مستويات النيون. لذلك، يتم تنفيذ شروط نقل الرنين للإثارة وفقا للمخطط جيدا.

مع ضغوط مختارة بشكل صحيح من النيون والهيليوم، حالة مرضية (13.7)، يمكن تحقيق واحد أو كليهما من مستويات النيون، يتجاوز ذلك بشكل كبير في حالة النيون النقي، والحصول على انقلاب عدد هذه المستويات فيما يتعلق مستوى.

يحدث إفراغ مستويات الليزر السفلى في العمليات الشاملة، بما في ذلك في التصادمات مع جدران أنبوب تصريف الغاز.

نؤكد أن طريقة نقل الطاقة من الغاز، لا تعمل بشكل مباشر، ولكن متحمسا بسهولة، إلى الغاز لا تتراكم طاقة الإثارة، ولكن ينبعث بسهولة، تم تنفيذه لأول مرة في ليزر هيليوم-نيون لأول مرة في الهيليوم الليزر النيون لأول مرة في الإلكترونيات الكمومية.

فكر الآن بمزيد من التفصيل مخطط مستويات الهيليوم المحايد والذراع الجدد (الشكل 13.3).

انخفاض من الدول المثيرة للهيليوم يتوافق مع طاقة 19.82 و 20.61 EV. يحظر التحولات البصرية منها إلى الدولة الأرضية في النهج - الاتصالات صالحة للهيليوم. الشروط غير المنقولة للحياة مع ما يقرب من الحياة. لذلك، يتم تجميعها بشكل جيد بواسطة الطاقة التي تم الحصول عليها عندما تكون إضراب الإلكترون متحمس.

بالنسبة للنيو، يكون مذبذب صمام الخارجي صالحا. في التين. 13.3 شروط تتعلق بتكوين واحد تظهر من قبل خط دهني مع تخصيص الرصية العاملة. لتحديد المستويات، يتم استخدام المراحل، والأكثر انتشارا في الأدبيات الموجودة. المستويات قريبة من مستويات الهليوم 250 و 2٪ تقريبا، يعادل عجز الطاقة تقريبا في 300 ك

.) الدولة لديها وقت طويل بسبب التقاط الإشعاع الرنين بسبب التواصل الإشعاعي مع الحالة الرئيسية.

في ولاية نيون لديها أوقات كبيرة من الحياة من حالة P. هذا، عادة ما يسمح لك بالتحدث عن الانقلاب على التحولات، ومع ذلك، ضع في اعتبارك أن حالة النيون مأهولة جيدة في الفئة ولست التيارات ذات الأجرة الكبيرة للغاية، وسكان صعدت (متتالي) من مستويات الليزر السفلي ممكن عند التحولات من الدولة

تين. 13.3. مخطط مستويات الطاقة المثيرة المتواصلة من الهيليوم والفايت: أسهم مستقيم - إثارة الهيليوم، السهام المتموجة - انتقال الطاقة الإثارة من الهيليوم إلى النيون، السهام المستقيمة المائلة - إشعاع ذرات النيون. لا تظهر قنوات الاسترخاء من مستويات الليزر السفلى من النيون.

مقدمة في التفريغ بالنسبة إلى كمية كبيرة من الهيليوم، مما يوفر دولة خارجية كثيفة الدولة فيما يتعلق بالنيون، يزيل القيود المفروضة على إمكانية الحصول على الانقلاب في الوضع المستمر. تاريخيا، تم الحصول على جيل عند الانتقال. السلطة الرئيسية تتوافق مع الانتقال. ثم تم تنفيذ انعكاس التحولات.

تحدث جميع الأنواع الثلاثة من الجيل في نفس الشروط من التفريغ والحصول على نفس التبعيات من قوة توليد المعلمات التفريغ. في الوقت نفسه، فإن مسابقة الأجيال على موجات 3.39 و 0.63 ميكرون، تتوافق مع التحولات ذات المستوى العلوي المشترك تتوافق مع التحولات. لذلك، يضع الجيل على إحدى هذه الأمواج الجيل إلى آخر منها. القضية معقدة بسبب اختلاف حاد في كسب المعاملات. يتوافق الانتقال مع المكاسب، وبالتالي يتم تحقيقه بسهولة من خلال جيل بسيط، مثل المعدن، المرايا. الانتقال هو الكثير

أكثر متقلبة. يتوافق مع مكاسب طفيفة في ذلك، مع وجود أشياء أخرى متساوية، لا يمكنها التنافس مع مكسب عملاق. لذلك، للحصول على جيل في المنطقة المرئية، يتم توفير الليزر الهيليوم النيون مع مرايا التدخل العازل متعدد الطبقات مع معامل انعكاس عالي فقط عند الطول الموجي المطلوب. ينتقل الانتقال إلى جيل التحسين. باستخدام المرايا العازلة.

الليزر الهيليوم النيون هو ليزر تفريغ الغاز. تحدث إثارة ذرات الهيليوم (والنيون) في تفريغ متوهجة منخفضة الحالية. بشكل عام، في الليزر المستمر على الذرات المحايدة أو الجزيئات لإنشاء وسيلة نشطة، غالبا ما يتم استخدام البلازما المشجعين من العمود الإيجابي من تفريغ الوهج. كثافة التفريغ الحالي هو. يعد توتر المجال الكهربائي الطولي هذا هو أن عدد الإلكترونات والأيونات الناشئة عن شريحة واحدة من فجوة التفريغ يعوض عن فقدان الجزيئات المشحونة أثناء الانتشار إلى جدران أنبوب تصريف الغاز. ثم المنصب الإيجابي للتفريغ ثابتة وموحدة. يتم تحديد درجة حرارة الإلكترون من خلال نتاج ضغط الغاز إلى القطر الداخلي للأنبوب D. في درجة حرارة إلكترونية صغيرة كبيرة، على مستوى كبير - منخفض. يحدد ثبات القيمة الشروط لمشابهة في التصريف. مع وجود كثافة ثابتة لعدد الإلكترونات، لن يتم تغيير الظروف والمعلمات من التفريغ إذا كان العمل دائما. تكثافة عدد الإلكترونات في البلازما المشجعين الضعف من المنصب الإيجابي يتناسب مع الكثافة الحالية. القيمة.

بالنسبة إلى مساحة 3.39 ميكرون (سلسلة، أقوى خط)، فإن مستوى الليزر العلوي، كما ذكر، يتزامن مع المستوى العلوي من الخط الأحمر من 0.63 ميكرون. لذلك، فإن الظروف المثلى للتفريغ تتحول إلى أن تكون هي نفسها.

في حالات شائعة للغاية، عند استخدام أنبوب تصريف الغاز نفسه في الليزر الهيليوم النيون مع مرايا قابلة للاستبدال للعمل في مختلف الطول الموجي، يتم تحديد بعض قيم التسوية عادة في مجموعة واسعة من المعلمات: قطر أنبوب تصريف الغاز هو 5-10 ملم، الضغوط الجزئية نسبة 5-15، الضغط الكلي 1 - 2 تور، الحالي 25-50 مللي أمبير.

إن وجود القطر الأمثل يرجع إلى منافسة عاملين. أولا، بزيادة في المقطع العرضي من وسط الليزر النشط، مع وجود أشياء أخرى متساوية، هناك زيادة في إمكانية التحليل على جدار الشعرية الشعري الشعري من أنبوب تفريغ الغاز يزيد من الربح بالتناسب. هذا الأخير يحدث بسبب - زيادة احتمال الاضمحلال على جدار الشعيرات الدموية من وضع نيون من النيون ويعزى إلى زيادة كمية الهيليوم المتحمس (وبالتالي النيون)، مما يعني أن مكسب المعامل مع المعامل مع الحفاظ على منتج ثابت، أي شروط تشابه التصريفات الشطرية عند تغيير قطر أنبوب تفريغ الغاز.

إن وجود كثافة مثالية من تيار التفريغ يرجع إلى حدوث عمليات التلال للنوع في التيارات العالية

مما يؤدي إلى انخفاض في الانقلاب (انظر الشكل 13.2 و 13.3). قد تصبح عمليات هذا النوع ضرورية كزيادة في ضغط النيون، والتي بدورها، تحدد وجود الضغط الأمثل.

يجب اعتبار عشرات ميليفات في المناطق التي تبلغ 0.63 و 1.15 ميكرون ومئات المليزرين في منطقة 3.39 ميكرون سمة من سمة الإشعاع المميز للإشعاع في أشعة الليزر الهيليوم النيون. تقتصر حياة خدمة الليزر في غياب الأخطاء في التصنيع من خلال العمليات في التفريغ ويتم حسابها لسنوات. مع مرور الوقت، في التفريغ هناك انتهاك لتكوين الغاز. بسبب امتصاص الذرات في الجدران والأقطاب، عملية "الصعب"، قطرات الضغط، نسبة الضغط الجزئي للتغيرات الهيليوم والنيون.

دعونا الآن يسكنون الآن على تصميم بناء ريسوناتبروف النيون. يتم تحقيق الاستقرار على المدى القصير كبير، بساطة وموثوقية التصميم عند تثبيت مرايا الرنانية داخل أنبوب التفريغ. ومع ذلك، مع هذا الموقع، فإن المرآة مدلل بسرعة نسبيا في التفريغ. لذلك، كان أكبر التوزيع هو التصميم الذي يتم فيه مزود أنبوب تصريف الغاز، الذي تم تجهيزه مع Windows، الموجود في زاوية Brutener إلى المحور البصري، داخل المرنان. مثل هذا الموقع لديه عدد من المزايا - يبسط تعديل مرايا المرنان، وعمر خدمة أنبوب تصريف الغاز والمرايا الزائد وتسهيل تغييرها،

القدرة على التحكم في المرنان واستخدام مرنان التشتت، والإفراج عن وزارة الدفاع، إلخ.

في الإلكترونيات الكمومية، فإن مسألة عرض خط الانتقال العامل مهم (انظر المحاضرة الثانية). لأجهزة الليزر الغازية، الطبيعية والولادة والدوافير هي ضرورية. في حالة وجود صيغة ليزر هيليوم-نيون (2.8) (حيث من الضروري أن نفهم - العمر الطبيعي للحالة ف نيون، وفي الوقت المحدد، يعطي قيمة SS) قيمة العرض الطبيعي لخط MHz. يتم تحديد التوسع الاصطدام (الصيغة (2.31) بواسطة ضغط الغاز. لذو ذرات النيون تحت افتراض أن المقطع العرضي للعمليات الاصطدية المقابلة يساوي الجهاز المنظومات للغاز، عند ضغط ترتيب MHz. عرض خط دوبلر ( الصيغة (2.28) ومصمما، على وجه الخصوص، طول موجة الإشعاع. بالنسبة لخطوط 0.63 ميكرون في 400 إلى هذه الصيغ، تعطي ذلك متسقا جيدا مع البيانات التجريبية. من ما قيل، من الواضح أنه في حالة الليزر الهيليوم النيون، الآلية الرئيسية التي تسبب انبعاثات خط الإشعاع هي تأثير دوبلر. اللغة الإنجليزية صغيرة نسبيا ومع هذا الخط، يمكنك الحصول على جيل على أزياء طولية واحدة، أي جيل واحد على الأقل ، ولكن مطلقا ماديا بالكامل من المرنان 15 سم. (صيغة (10.21)).

الهيليوم النيون ليزر هو المثال الأكثر تمثيلا لليزر الغاز. في انبعاثها، تتجلى جميع الخصائص المميزة لهذه الليزر بوضوح، ولا سيما فشل لامبالسكي، حيث تمت مناقشتها في المحاضرة الحادية عشرة. إن عرض هذا فشل في أن يكون قريبا من عرض أحد تلك الأسطر المتفقية متجانسة، والتي تشكل مجملها خط دوبلر مستعهد غير موحد. في حالة الليزر النيون الهيليوم، هذا العرض متجانس هو عرض طبيعي. منذ ذلك الحين، يظهر موقف فشل Lambovsky (انظر الشكل 11.6) بدقة موقف مركز خط الانتقال العامل. المنحنى المقدم في الشكل. 11.6، لفشل Lambovsky يتم الحصول عليه تجريبيا من خلال تغيير سلس في طول مرنين الليزر وضع واحد. وبالتالي، يمكن استخدام موقف الحد الأدنى من الفشل في الملاحظات المقابلة، طول التحكم في المرنان، لتحقيق الاستقرار في تردد جيل الليزر. وقد حصل هذا على الاستقرار النسبي وإصلاح التردد المساوي. ومع ذلك، نلاحظ أن الاستقرار العالي يتحقق عندما لا يتم حرق الفشل في خط التضخيم للوسيط النشط، ولكن في خط الامتصاص من الغاز الرناني. لخط الجيل، مثل هذا الغاز هو الميثان.

من خلال التأكيد على أن هناك عددا من أشعة الليزر للغاز في ذرات محايدة، بما في ذلك ذرات الغازات النبيلة، نلاحظ أن الصناعة تنتج أشعة الليزر الهيليوم النيون في مجموعة واسعة.

الغرض من العمل هو دراسة الخصائص الأساسية ومعلمات الليزر الغاز، كضمان نشط يتم فيه استخدام مزيج من غازات الهيليوم والغازات النيون.

3.1. مبدأ تشغيل الهيليوم النيون الليزر

الليزر الهيليوم النيون هو الليزر الغازي والأكثر شيوعا. يشير إلى الليزر الذرية للغاز ووسطها النشط هو مزيج من ذرات محايدة (غير آمنة) من الغازات الخاملة - الهيليوم والنيون. النيون هو غاز عمل، وانتقال مع انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك يحدث بين مستويات الطاقة الخاصة به. تنفذ الهيليوم دور الغاز الإضافي ويساهم في بدء النيون وخلق انقلاب السكان فيه.

للبدء في توليد أي ليزر، يجب إجراء الشروط الأكثر أهمية:

1. يجب أن يكون هناك انقلاب للسكان بين مستويات الليزر العامل.

2. يجب أن يتجاوز التعزيز في الوسط النشط جميع الخسائر في الليزر، بما في ذلك الخسائر "المفيدة" على إخراج الإشعاع.

إذا كان هناك مستويين في النظام هيا 1 و هيا 2 مع عدد الجزيئات على كل واحد منهم، على التوالي ن. 1 و ن. 2 ودرجة التنكس g. 1 و g. 2، سيحدث انعكاس السكان عند السكان ن. 2 /g. 2 أعلى المستوى هيا 2 سيكون المزيد من السكان ن. 1 /g. 1 مستوى أقل هيا 1، أي درجة انعكاس ن. سيكون إيجابيا:

إذا المستويات هيا 1 و هيا 2 غير المتسابق، ثم لحدوث الانعكاس، من الضروري أن عدد الجزيئات ن. 2 على المستوى الأعلى هيا 2 كان أكبر من عدد الجزيئات ن. 1 في المستوى الأدنى هيا واحد . المستويات التي يتسم بها تكوين انقلاب السكان وظهور الانتقال القسري مع انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي متماسك مستويات الليزر العمل.

يتم إنشاء الدولة مع انقلاب السكان باستخدام ضخ - إثارة ذرات الغاز من قبل طرق مختلفة. بسبب طاقة المصدر الخارجي المسمى مضخ المصدر، الذرة ني من مستوى الطاقة الرئيسية هيا 0 المقابلة لحالة التوازن الديناميكي الحراري، التحولات إلى الحالة المثيرة ل NE *. يمكن أن تحدث التحولات على مستويات الطاقة المختلفة اعتمادا على شدة المضخة. علاوة على ذلك، تحدث التحولات التلقائية أو القسري على مستويات الطاقة الأساسية.

في معظم الحالات، ليست هناك حاجة للنظر في جميع التحولات الممكنة بين جميع الدول في النظام. هذا يجعل من الممكن التحدث عن مخططتين من الليزر ثلاثي المستوى والثلاثين. يتم تحديد نوع مخطط التشغيل بالليزر من خلال خصائص الوسيلة النشطة، وكذلك تستخدمها الضخ.

يعمل الليزر الهيليوم النيون على مخطط ثلاثي المستوى، كما هو مبين في الشكل. 3.1. في هذه الحالة، يتم تقسيم قنوات الضخ وتوليد الإشعاع جزئيا. ضخ المادة الفعالة تسبب التحولات من المستوى الرئيسي هيا 0 مستوى متحمس هيا 2، مما يؤدي إلى ظهور انعكاس السكان بين مستويات العمل هيا 2 أولا هيا واحد . الوسيلة النشطة في انعكاس انقلاب الدولة لمستويات العمل قادرة على تعزيز الإشعاع الكهرومغناطيسي بتردد
بسبب عمليات الانبعاث القسري.

تين. 3.1. مخطط مستويات الطاقة من الغاز والعمل والغاز الإضافي، موضح عمل ليزر النيون الهيليوم

نظرا لأن توسيع مستويات الطاقة في الغازات ليست كافية ونطاقات امتصاص واسعة غائبة، فإن الحصول على عدد عكسي مع الإشعاع البصري أمر صعب. ومع ذلك، فإن طرق الضخ الأخرى ممكنة في الغازات: الإثارة الإلكترونية المباشرة ونقل الطاقة الرنانية في تصادم الذرات. يمكن أن تكون إثارة الذرات في تصادم مع الإلكترونات أسهل في تفريغ كهربائي، حيث تسارع الإلكترونات المجال الكهربائي يمكن الحصول على طاقة حركية كبيرة. مع الاصطدامات غير المرنة من الإلكترونات مع الذرات، فإن هذا الأخير يذهب إلى الحالة المثيرة هيا 2:

من المهم أن تكون العملية (3.4) مرنانا في الطبيعة: سيكون احتمال انتقال الطاقة أقصى قدر من الإمكانية في مجال الطاقة المتزحنة من الذرات المختلفة التي تتزامن، أي في الرنين.

تفاصيل مستويات الطاقة ليست ولا تظهر انتقالات العمل الرئيسية بشكل مخطط في الشكل. 3.2. يتم إظهار التحولات المقابلة للتفاعلات غير المرنة من ذرات الغاز مع الإلكترونات السريعة (3.2) و (3.3) من خلال الأسهم المنقطة صعودا. ذرات الهيليوم نتيجة للاضطرابات الإلكترونية متحمسة للمستويات 2 1 ثانية 0 و 2 3 S 1، والتي لا يمكن الوصول إليها. تحظر انتقال انبعاثات إلى الهيليوم إلى الولاية الأرضية 1 ثانية من خلال قواعد الاختيار. في تصادم الذرات المثيرة، ليس مع ذرات NE، التي هي أساسا 1 ثانية 0، هي الإثارة الممكنة (3.4)، وذهب النيون إلى واحد من مستويات 2S أو 3S. في هذه الحالة، يتم تنفيذ حالة الرنين، لأن ثغرات الطاقة بين الدول الرئيسية والمتحمسة في الغاز المساعد والعمل قريبة من بعضها البعض.

مع مستويات 2S و 3S NEO، يمكن أن تحدث التحولات الإشعاعية على المستويات 2P و 3r. المستويات P أقل كثافة سكانية من المستويات العليا S، لأن ناقل الحركة المباشر للطاقة من ذراته على هذه المستويات مفقودة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مستويات P لديها وقت صغير في الحياة، والانتقال غير الدائم ل P → 1S يفرغ مستويات R. وبالتالي، فإن الوضع ينشأ (3.1)، عندما يكون عدد السكان في المستويات العليا من S أعلاه يحدث عدد سكان المستويات الأساسية P، أي بين المستويات S و P انقلاب السكان، مما يعني أن التحولات بينهما يمكن استخدامها لتوليد الليزر.

نظرا لأن عدد المستويات S و P هو كبير، فمن الممكن مجموعة كبيرة من التحولات الكمومية المختلفة بينهما. على وجه الخصوص، مع أربعة مستويات من 2S لمدة عشرة مستويات 2R، يسمح 30 انتقاليا مختلفة لتحديد قواعد الاختيار، على معظم الجيل الذي تم الحصول عليه. أقوى خط للإشعاع أثناء التحويلات 2S → 2P هو الخط 1.1523 ميكرون (منطقة الأشعة تحت الحمراء للطيف). بالنسبة إلى 3S → 2 انتقالات، فإن الخط هو الأكثر أهمية 0.6328 ميكرون (منطقة حمراء)، و 3s → 3r - 3.3913 ميكرون (منطقة الأشعة تحت الحمراء). يحدث الإشعاع التلقائي على جميع الأطوال الموجية المدرجة.

تين. 3.2. مستويات الطاقة من الذرات الهيليوم والنيون والعمل Schemehe-Ne-Laser

كما ذكرنا سابقا، بعد الانتقال الإشعاعي على مستويات P، هناك تسوس إشعاع الخمول عند التحولات R → 1S. لسوء الحظ، فإن مستويات NEON 1S غير موثوق بها، وإذا لم يكن هناك شوائب أخرى في خليط الغاز، فإن الطريقة الوحيدة لانتقال ذرات النيون إلى الدولة الأرضية من المستوى 1S هي تصادم مع جدران السفينة. لهذا السبب، يزداد تضخيم النظام مع انخفاض في قطر أنبوب التفريغ. نظرا لأن الدول 1 ثانية بطيئة، فإن ذرات NE تتأخر في هذه الدول، وهي غير مرغوب فيها للغاية وتحدد عدد ميزات هذا الليزر. على وجه الخصوص، عند زيادة تيار الضخ فوق قيمة العتبة ج. المسام هذه الزيادة السريعة، ثم تشبع وحتى تسوس قوة الإشعاع بالليزر، والتي ترجع فقط إلى تراكم جزيئات العمل على المستويات 1S ثم نقلها إلى تحديد 2R أو 3R عند التعرض للإلكترونات. لا يجعل من الممكن الحصول على قوة إخراج عالية الإشعاع.

يعتمد حدوث السكان معكوس على ضغط هو و NE في الخليط ودرجة حرارة الإلكترون. القيم المثلى لضغوط الغاز ليست لعدم 133 السلطة الفلسطينية، ل NE - 13 PA. يتم تعيين درجة حرارة الإلكترون بواسطة الجهد المطبق على خليط الغاز. وعادة ما يتم دعم هذا الجهد في 2 ... 3 متر مربع.

للحصول على جيل ليزر، من الضروري أن توجد ردود فعل إيجابية في الليزر، وإلا فإن الجهاز سوف يعمل فقط كمضخم. للقيام بذلك، يتم وضع وسط الغاز النشط في المرنان البصري. بالإضافة إلى إنشاء ملاحظات، يتم استخدام الرنانية لتحديد أنواع التذبذبات واختيار الطول الموجي للجيل، والتي يتم تطبيق مرايا انتقائية خاصة بها.

عند مستويات الضخ بالقرب من العتبة، فإن الجيل على نوع واحد من التذبذبات سهلة نسبيا لتوليد. مع زيادة في مستوى الإثارة، إذا لم يتم قبول تدابير خاصة، تحدث عدد من أوضاع أخرى. في هذه الحالة، يحدث التوليد على الترددات القريبة من ترددات الرنين المرنان، والتي يتم إرفاقها ضمن عرض الخط الذرية. في حالة أنواع محورية من التذبذبات (الصور المصغرة) المسافة في التردد بين ماكسيما المجاورة
أين ل. - طول المرنان. نتيجة لوجود متزامن لعدة أوضاع في طيف الانبعاثات هناك يدق وتجانس. إذا كانت أوضاع محورية فقط موجودة، فإن الطيف سيمثل خطوطا فردية، والمسافة التي ستكون متساويا جيم / 2ل.وبعد ولكن في المرنان، من الممكن أيضا إثارة الأنواع غير المتوافقة من التذبذبات، على سبيل المثال، 10 أوضاع، وجود يعتمد بقوة على إعداد المرآة. لذلك، في طيف الانبعاثات يبدو أقمار صناعية خطوط إضافية، تقع بشكل متناظر في التردد على جانبي الأنواع المحورية من التذبذبات. يتم تحديد حدوث أنواع جديدة من التذبذبات ذات مستوى مضخة متزايد بسهولة عن طريق الملاحظة البصرية لهيكل حقل الإشعاع. يمكنك أيضا مراعاة تأثير ضبط المرنان على بنية أوضاع الإشعاع المتماسكة.

الغازات مقارنة مع وسائل الإعلام المكثفة لديها تجانس أكبر. لذلك، فإن شعاع الضوء في الغاز أقل مشوهة وتبدد، وإشعاع الليزر الهيليوم الليزر النيون يتميز بثبات التردد الجيد والتوجه العالي، والذي يصل إلى حدها الناجم عن ظواهر الحيوم. حد حيود لرثانية الحالم

,

حيث λ هو الطول الموجي؛ د. 0 - قطر شعاع الضوء في الجزء الأكثر ضيقة.

تتميز الإشعاع في الهيليوم الليزر النيون بدرجة عالية من أحادي اللون والتماسك. إن عرض خطوط الانبعاثات لهذه الليزر هو بشكل كبير في عرض "الطبيعي" للخط الطيفي وعدد العديد من أوامر من الحجم أقل من درجة دقة الطيف الحديثة. لذلك، يتم قياسها بواسطة طيف أحداث أوضاع مختلفة في الإشعاع. بالإضافة إلى ذلك، فإن إشعاع هذا الليزر مستقطب مسطح بسبب استخدام النوافذ الموجودة في زاوية Brewster إلى المحور البصري للرنانية.

يمكن أن يكون إثبات تماسك الإشعاع ملاحظة نمط الانعراج عند تطبيق الانبعاثات التي تم الحصول عليها من نقاط مصدر مختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن يقدر الاتساق بمراقبة التدخل من نظام العديد من الشقوق. من تجربة Jung، من المعروف أن لاحظ تدخل الضوء من المصدر "الكلاسيكي" المعتاد، يتم تمرير الإشعاع لأول مرة من خلال فتحة واحدة، ثم من خلال فتحتين، ثم يتم تشكيل شرائط التداخل على الشاشة. في حالة استخدام الإشعاع بالليزر، تبين أن الفتحة الأولى غير ضرورية. هذا الظرف أساسي. بالإضافة إلى ذلك، فإن المسافة بين الفتحتين وعرضها لا يمكن أن تكون غير قابلة للقياس مما كانت عليه في التجارب الكلاسيكية. تحتوي نافذة الإخراج على ليزر الغاز عن فتحتين، المسافة بينها أ.وبعد في الحالة عندما يكون الإشعاع الحادث متماسك، على الشاشة الموجودة على مسافة د. من الشقوق، سيتم ملاحظة صورة التداخل. في الوقت نفسه، المسافة بين شرائط Maxima (Minima)

.