Лазеры на нейтральных атомах (стр. 3 из 3)

Кроме этого оптимального значения плотности тока Не—Ne-лазер имеет другие оптимальные рабочие параметры. В частности, к ним относятся: 1) оптимальное значение произведения полного давления газа р на диаметр трубки D [pD = 3,6—4 (мм рт. ст.).мм] и 2) оптимальное отношение давлений Не к Ne (примерно 5:1 для λ= 632,7 нм и 9:1 для λ=1.15мкм).

То, что существует оптимальное значение pD, указывает на наличие оптимальной электронной температуры. Элементарная теория тлеющего разряда в положительном столбе дает фактически максвелловское распределение энергии электронов, температура которых зависит только от произведения pD . Наконец, следует заметить, что согласно экспериментальным наблюдениям усиление при постоянном pD изменяется как D^-1. Это нетрудно понять, если осознать, что при постоянном pD электронная температура остается неизменной. Следовательно, число всех процессов возбуждения за счет электронного удара просто сводится к числу атомов, которые могут быть возбуждены. А поскольку как верхний, так и нижний лазерный уровни в конечном итоге заселяются за счет электронного удара, разность населенностей, а значит, и усиление лазера прямо пропорционально давлению или величине D^-1 при постоянном pD. Поэтому диаметр капилляра стремятся сделать как можно меньше, но так, чтобы при этом не внести дополнительных дифракционных потерь для ТЕМоо-моды. Таким образом, большинство Не—Ne-лазеров работает с капиллярами диаметром около 2 мм и получающаяся в этих условиях выходная мощность на переходе 0,633 мкм может быть в пределах 1 —10 мВт при длине трубки от 20 до 50 см. Выходная мощность на зеленой линии обычно в десять раз меньше. КПД Не—Ne-лазера на любом из его лазерных переходов всегда очень мал (<10^-3). Главной причиной столь низкого КПД является малая величина квантовой эффективности лазера: из рис. 1 видно, что каждый элементарный процесс накачки требует затраты энергии около 20 эВ, в то время как энергия лазерного фотона не превышает 2эВ.

Как мы показали выше, ширина линии

₀ (для перехода 633 нм) составляет около 1400 МГц. Поэтому генерацию в одной продольной моде можно осуществить, если применить достаточно короткий резонатор, у которого разность частот продольных мод (c/2L) сравнима с ₀. Фактически это условие означает, что L < 15—20 см. В этом случае необходимо обеспечивать тонкую подстройку длины резонатора, чтобы получить совпадение частоты моды с центром контура усиления. Лазеры этого типа допускают высокую степень стабилизации частоты ( ₀= 10-¹¹—10^-12) с помощью провала Лэмба и даже еще лучшая степень стабилизации получается при использовании обращенного провала Лэмба с применением поглощающей ячейки, содержащей ¹²⁹I₂.

Генерирующие на красном переходе Не—Ne-лазеры широко используются для многих применений, где требуется маломощный пучок в видимом диапазоне (например, при юстировке, считывании изображений, в метрологии, голографии, при создании памяти на видеодисках).

Список литературы

1. О. Звелто «Принципы лазеров», М. «Мир», издание второе, перераб. И дополн., 1984 г.

2. Н.В. Карлов «Лекции по квантовой электронике», М.«Наука», глав. редакция физико-математ. литературы, 1988 г.

3. «Сверхкороткие световые импульсы» под ред. С.Шапиро, М. «Мир», 1981г.