Оптические квантовые генераторы
Генерация в ОКГ на СО^ осуществляется на переходах (DO0!)-—(П^О) и (00°I) — (02°0). Наиболее интенсивная генерация идет на переходе (00°1) — (ГС°0) с длиной волны около 10,6 мкм, которая подавляет почти полностью генерацию на длине волны 9,6 мкм (00°1) -.(02°0).
Возбуждение верхнего рабочего уровня (00°1) обусловлено несколькими процессами. Основной процесс возбуждения связан с неупругими соударениями молекул N^ с СО^ , что ведет к резонансной передаче колебательной энергии от молекул азота к молекулам углекислого газа:
В газовом разряде электронные соударения приводят к эффективному образованию колебательно-возбужденных молекул Nn (v = I) (до 30% общего числа молекул Nn). Так как молекула азота состоит из двух одинаковых атомов, то ее дипольный момент равен нулю, поэтому дипольное излучение отсутствует и разрушение возбужденных колебательных состояний происходит только в результате столкновений. Вследствие почти полного совпадения уровней энергии первого колебательного уровня {и = I) молекул No и уровня (00 I) СОр соударения возбужденных молекул No с молекулами СОп , находящимися в основном состоянии, ведут к селективному заселению верхнего рабочего уровня (00 I) СО^ .
Существенную роль в заселении верхнего рабочего уровня играет резонансная передача колебательной энергии от молекул СО молекулам СОр . В газовом разряде благодаря диссоциации молекул СОо образуется значительное количество молекул СО , которые при соударениях с электронами интенсивно переводятся в колебательно-возбужденное состояние. Первый возбужденный колебательный уровень молекулы СО почти совпадает с верхним рабочим уровнем (00 Г) молекул СОр. Благодаря этому происходит процесс резонансной передачи колебательной энергии от молекул СО (так же, как от молекул Nn ) молекулам СОр:
Этот процесс - один из основных в заселении верхнего рабочего уровня ОКГ на чистом СОр .
Верхний рабочий уровень (00°1) дополнительно заселяется благодаря процессу неупругого соударения молекул двуокиси углерода и электронов:
со-(ооо) + ё — со (оо°<) + е . fc *•
Для работы ОКГ наряду с заселением верхнего уровня такое же важное значение имеет разрушение нижнего рабочего уровня. Релаксация нижнего лазерного уровня обусловлена столкновениями молекул СОо (10'0) с невозбухденными молекулами С0^( ООО):
С0^10°0) + СО^(ООО)-- CO^OI 'O+COg^O). (125)
Этот процесс идет с большой эффективностью, что связано с соответствием нижнему лазерному уровню (10°0) молекул СОр энергии почти вдвое большей, чем требуется для возбуждения колебательного уровня (01^0). В результате соударения молекул СОп (10°0) и СОп (000) приводят к перераспределению колебательной энергии между ними с возбуждением каждой на уровень (01 0). Переход молекул СОп из состояния (01 0) в основное состояние (000) обеспечивается столкновениями их с частицами постороннего газа. При этом энергия деформационных колебаний молекулы С0о_ (01 0) превращается в энергию поступательного движения со-ударяющихся молекул.
Значительное уменьшение времени релаксации уровней (01-0) и (10 0) и увеличение тем самый инверсии населенностей,а значит и мощности генерации вызывают гелий, водород, пары воды, которые вводят для этой цели в рабочую трубку ОКГ.
По устройству ОКГ на СОо не имеют принципиальных отличий от других газоразрядных генераторов. Однако они характеризуются конструктивными особенностями, обусловленными спектральным диапазоном и высокой мощностью излучения.
На рис.91 приведены схемы конструкций ОКГ на углекислом газе. В мощных СКГ длина разрядных трубок достигает нескольких метров, а диаметр - 70 -5-80 мм. Дальнейшему увеличению диаметра препятствует контрагирование столба газового разряда, которое наступает для смеси No-СОо при диаметрах, больших,чеп 40 мм, а на смесях Nn-CO-He при диаметрах, больших» чем 70* т80 мм. В ОКГ на СО^ используется принудительное водяное охла ждение трубок ( 1 на рис.91,а). 1%
Разряд осуществляют как на постоянном токе (см.рис.91, а), так и переменным напряжением промышленной частоты ( и на рис. 91.ff ). В длинных трубках для упрощения зажигания и поддержания разряда создают секции длиной 80+100 см, разряд в каждой из которых поддерживается независимо от других секций. Обычно используют источники с напряжением примерно 20 кВ и током, достигающим десятков и сотен миллиампер.
Применяют как внутренние (3), так и внешние зеркала(^> Пло-скопараллельные пластины брюстеровских окон (.5) газоразрядных трубок делают из NuCL , KCL , Ge , SL , -прозрачных в области 9+11 мкм. Используют зеркала с металлическими или интерференционными диэлектрическими отражающими покрытиями. Подложки зеркал для ОКГ небольшой мощности (порядка I Вт) делаются из кварца. Наилучшим материалом при высоких уровнях мощности для подложек зеркал и для брюстеровских окон является иртрай, представляющий собой прессованный поликристалл ZnSe . Для вывода излучения из ОКГ в зеркалах с металлическими отражающими покрытиями делается небольшое отверстие" - окно (диаметром несколько миллиметров). Коэффициент пропускания выходных зеркал с диэлектрическими покрытиями имеет величину 10 т 30%.
Разрад в рабочей смеси газов сопровождается диссоциацией и изменением исходного состава газа. Поэтому очень часто, особенно в мощных ОКГ, используется непрерывная прокачка газа (б) через разрядную трубку.
|
|
Рассмотрим основные характеристики ОКГ на COg . На рис.92 показана зависимость выходной мощности от силы тока разряда паи различных давленяях СОп для ОКГ с отпаянной трубкой длиной I м и диаметром 10 мм. Сначала мощность возрастает вместе с током, а затем падает. Такая зависимость объясняется конкуренцией двух факторов. Увеличение концентрации электронов, о одной стороны, ведет к возрастанию скорости возбуждения молекул СОп на уровень (00^1), а с другой,- повышает газовую температуру, что увеличивает ^ скорость разрушения антисимме-- тричных колебаний молекул.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11