Газодинамический лазер — газовый лазер, в котором источником энергии рабочей среды является тепловая энергия нагретого и сжатого газа, а инверсная заселённость колебательно-возбуждённых состояний молекул создаётся из-за адиабатического охлаждения среды при истечении со сверхзвуковой скоростью через сопло.
Принцип работы Принцип работы основан на особой температурной зависимости скорости колебательной релаксации. При нагреве многоатомного газа (в качестве такого «донорного» газа может использоваться азот) до высокой температуры в камере сгорания, часть внутренней энергии накапливается в виде колебательного движения молекул. Если такой нагретый газ расширяется через сопло до сверхзвуковой скорости, то большая часть внутренней энергии преобразуется в кинетическую энергию потока и температура падает. При этом часть энергии остаётся запасённой в колебательно-возбуждённых состояниях молекул азота, поскольку понижение температуры сопровождается падением скорости колебательной релаксации. Возникающая инверсная заселённость верхних колебательных уровней используется для генерации лазерного излучения.
Газодинамический CO2-лазер
Колебательное возбуждение донорного азота позволяет реализовать газодинамический CO2- лазер. С первого колебательно-возбуждённого уровня азота (2330,7 см-1) возможна передача возбуждения находящейся в основном состоянии молекуле диоксида углерода с её переходом на верхний лазерный уровень (2349,2 см-1). В лазерном резонаторе таким образом возбуждённая молекула производит вынужденное излучение, переходя на один из двух возможных нижних лазерных уровней с генерацией излучения на длине волны 9,4-9,6 мкм или 10,4-10,6 мкм. «Опустошение» нижних лазерных уровней, необходимое для восстановления инверсивной заселённости, осуществляет спонтанное излучение («радиационное опустошение») или специальные добавки в рабочую смесь — гелий, водяной пар. Последний выбор предпочтителен для лазеров большой мощности, так как отработанный газ обычно выбрасывается в атмосферу, что приводило бы к невосполнимым потерям дорогого гелия. Такая же схема лазерной генерации используется в газоразрядном CO2-лазере, с тем лишь отличием, что возбуждение колебаний в азоте в последнем осуществляется при столкновении электронов газоразрядной плазмы с молекулами, с восполнением потерь энергии электронами за счёт электрического поля в разряде.
Примечания
Литература
Ссылки
Категория:Лазеры по видам