Уровни энергии для лазера на ионах аргона

аргоновый лазер фотон ионный

Активную среду ионных лазеров в общем случае образует плазма тлеющего разряда с высокой плотностью тока. В наиболее обычных типах ионных лазеров для практических целей используются ионы инертных газов, чаще всего аргона. Упрощенная схема уровней энергии для лазера на ионах аргона приведена на рис. 1 с указанием некоторых наиболее важных лазерных переходов. Полная схема уровней энергии сложна и включает еще многие другие уровни и другие лазерные переходы, не показанные на рисунке. Наиболее интенсивные переходы имеют длины волн 0,4880 и 0,5145 мкм. Эти уровни являются уровнями иона аргона, так что для работы аргонового лазера атомы должны быть предварительно однократно ионизированы. Основным состоянием в этой схеме является основное состояние иона аргона, которое расположено выше основного состояния нейтрального атома аргона почти на 16 эВ. Кроме того, верхние лазерные уровни лежат примерно на 20 эВ выше основного ионного состояния. Отсюда следует, что нейтральному атому аргона должно быть передано значительное количество энергии для того, чтобы перевести его на верхний лазерный уровень иона аргона.

Рис. 1 Схема уровней энергии однократно ионизированного аргона, относящихся к работе аргонового ионного лазера.

Основное состояние иона Аr+ получается путем удаления одного из шести 3р-электронов внешней оболочки аргона. Возбужденные состояния 4s и 4р возникают, когда один из оставшихся 3р-электронов забрасывается на уровни соответственно 4s и 4p. С учетом взаимодействия с остальными 3р-электронами оба уровня 4s и 4р состоят из нескольких уровней. Возбуждение верхнего лазерного 4р-уровня происходит посредством двухступенчатого процесса, включающего в себя столкновения с двумя различными электронами. При первом столкновении аргон ионизируется, т.е. переходит в основное состояние иона Аr. Находящийся в основном состоянии ион Аr+ испытывает второе столкновение с электроном, что может привести к следующим трем различным процессам: 1) непосредственное возбуждение иона Аr+ на 4р-уровень; 2) возбуждение в более высоко лежащие состояния с последующими каскадными излучательными переходами на уровень 4р; 3) возбуждение на метастабильные уровни с последующим третьим столкновением с электроном, приводящим к возбуждению на 4р-уровень. Поскольку процессы 1 и 2 включают в себя два этапа, связанных со столкновениями с электронами, следует ожидать, что скорость накачки в верхнее состояние будет пропорциональна квадрату плотности тока разряда. Действительно, скорость накачки верхнего состояния (dN2/dt)p должна иметь вид (dN2/dt)p~NeNt~N2e, где Ne и Nt - плотности электронов и ионов в плазме (Ne ≈ Ni в плазме положительного столба). Так как электрическое поле в разряде не зависит от разрядного тока, плотность электронов Ne пропорциональна плотности разрядного тока и из предыдущего выражения следует, что (dN2/dt)p ~ J2. Можно показать, что при высоких плотностях тока рассмотренный выше процесс 3 также приводит к тому, что скорость накачки пропорциональна J2. Таким образом, накачка резко возрастает с увеличением плотности тока и для того, чтобы рассмотренный выше малоэффективный двухступенчатый процесс позволил закачать достаточно ионов в верхнее состояние, необходимы высокие плотности тока (~ 1 кА/см2). Этим можно объяснить, почему первый запуск Аr+-лазера произошел спустя около 3-х лет после запуска Не-Ne-лазера. Ион Аr+, будучи заброшен на верхний лазерный уровень 4р, может релаксировать на уровень 4s посредством быстрой (~ 10-8 с) излучательной релаксации. Однако следует заметить, что релаксация из нижнего лазерного 4s-уровня в основное состояние Аr+ происходит за время, которое примерно в 10 раз короче. Таким образом, условие непрерывной генерации выполняется.

Перейти на страницу: 1 2

Прочтите также:

Тонкопленочные резисторы
Зарождение и развитие микроэлектроники как нового научно-технического направления, обеспечивающего создание сложной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), непосредственно связаны с кризисной ...

Устройства преобразования и обработки информации в системах подвижной радиосвязи
Цифровое представление речевого колебания, как следует из названия основано на сохранении формы колебания в процессе дискретизации и квантования. Способы представления речевого сигнала ...

Моделирование интегрирующего гироскопа
Цель данной работы - математическое моделирование (с применением ЭВМ) свойств интегрирующего гироскопа (ИГ), а также краткое теоретическое описание его устройства, назначения, принци ...

Основные разделы

Copyright © 2008 - 2019 www.techmatch.ru