Физические основы работы лазера. Механизм возбуждения (стр. 2 из 2)
Газовые разряды
Для создания инверсии населенности при газообразных или парообразных лазерных активных средах можно применять газовые разряды. В газовом разряде нейтральный газ частично распадается на ионы и электроны. В результате создающегося в разряде электрического поля электроны ускоряются и сталкиваются с атомами или ионами. При этом кинетическая энергия электронов передается партнеру по столкновению. Эта энергия непосредственно может быть использована для населения верхнего лазерного уровня.
Плотность тока в газовых разрядах может достигать очень высокой величины. Поэтому необходимо использовать дорогостоящие системы охлаждения разрядной трубки. Чтобы заключить разряд в очень узкие каналы, необходимы также значительные магнитные поля: создающие их катушки также требуют охлаждения.
Для повышения эффективности создания инверсии населенности в активную среду часто добавляется газ накачки, имеющий метастабильный уровень, с которого верхний лазерный уровень может быть возбужден столкновениями второго рода. Чтобы это возбуждение посредством столкновений было эффективным, метастабильный уровень и верхний лазерный уровень должны обладать примерно одинаковой энергией. Благодаря излучательным переходам с других уровней, которые возбуждаются газовыми разрядами, повышается населенность этого метастабильного уровня, где как бы накапливается возбуждение многих уровней.
Когда атом накачки в метастабильном состоянии соударяется с лазерным атомом в основном состоянии, то энергия возбуждения передается лазерному атому (рис. 7).
Рис. 7. Схема процесса возбуждения с использованием газа накачки.
Небольшая часть электронов высокой энергии газового разряда возбуждает высокие уровни газа накачки. Возбужденные состояния распадаются на метастабильный уровень, где накапливается энергия возбуждения. Посредством столкновений энергия накачки переносится на верхний лазерный уровень.
Рисунок 8. Несколько примеров соотношения энергии накачки и энергии генерируемого излучения.
Коэффициент полезного действия лазеров различных типов различен.
Например, в ионных лазерах нужно сначала обеспечить энергию ионизации, затем энергию возбуждения в ионизированном состоянии. Но для лазерного перехода можно использовать лишь малую долю примененной энергии накачки.
Намного лучше обстоит дело, например, с СО2- лазерами. Здесь достигают верхнего лазерного уровня со значительно меньшей затратой энергии. Несколько примеров соотношения энергии накачки и энергии генерации показаны на рис. 8.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белова А.Н. Нейрореабилитация .-М. Антидор, 2000 г. – 568с.
2. Прикладная лазерная медицина. Под ред. Х.П. Берлиена, Г.И. Мюллера.- М.: Интерэкспорт, 2007г.
3. Александровский А.А. Компьютеризованная кардиология. Саранск; "Красный Октябрь" 2005: 197.
4. Разработка и постановка медицинских изделий на производство. Государственный стандарт Республики Беларусь СТБ 1019-2000.
5. Штарк М.Б., Скок А.Б. Применение электроэнцефалографического биоуправления в клинической практике. М. - 2004 г
6. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. М.,СПб.: СЛП, 2008.