plinski laseri. Helij neonski laser

Helij-neonski laser - uz diodni ili poluvodički - jedan je od najčešće korištenih i najpovoljnijih lasera za vidljivo područje spektra. Snaga laserskih sustava ove vrste, namijenjenih uglavnom u komercijalne svrhe, kreće se u rasponu od 1 mW do nekoliko desetaka mW. Osobito su popularni He-Ne laseri manje snage reda veličine 1 mW, koji se koriste uglavnom kao uređaji za kotiranje, kao i za rješavanje drugih problema u području mjerne tehnike. U infracrvenom i crvenom području helij-neonski laser se sve više zamjenjuje diodnim laserom. He-Ne laseri osim crvenih mogu emitirati i narančaste, žute i zelene linije, što se postiže zahvaljujući odgovarajućim selektivnim zrcalima.

Dijagram energetskih razina

Energetske razine helija i neona koje su najvažnije za rad He-Ne lasera prikazane su na sl. 1. Laserski prijelazi događaju se u atomu neona, a najintenzivnije linije proizlaze iz prijelaza valnih duljina 633, 1153 i 3391 (vidi tablicu 1).

Elektronska konfiguracija neona u osnovnom stanju izgleda ovako: 1s22s22p6 gdje su prva ljuska (n = 1) i druga ljuska (n = 2) ispunjene s dva odnosno osam elektrona. Viša stanja prema si. 1 nastaju kao rezultat činjenice da se ovdje nalazi ljuska 1s22s22p5, a blistavi (optički) elektron se pobuđuje prema shemi: 3s, 4s, 5s, ..., 3p, 4p, ... itd. Govorimo, dakle, o jednoelektronskom stanju, koje ostvaruje vezu s ljuskom. U LS shemi (Russell-Saunders) za energetske razine neona naznačeno je jednoelektronsko stanje (npr. 5s), kao i rezultirajući ukupni orbitalni moment L (= S, P, D ...) . U oznakama S, P, D,... donji indeks pokazuje ukupni orbitalni moment J, a gornji multiplicitet 2S + 1, npr. 5s1P1. Često se koristi čisto fenomenološka oznaka prema Paschenu (sl. 1). U ovom slučaju, podrazine pobuđenih elektronskih stanja broje se od 2 do 5 (za s-stanja) i od 1 do 10 (za p-stanja).

Riža. 1. Shema energetskih razina He-Ne lasera. Neonske razine su označene prema Pashenu, to jest: 3s2, 3s3, 3s4, 3s5 itd.

Tablica 1. Oznake za prijelaze intenzivnih linija He-Ne lasera

Uzbuđenje

Aktivni medij helij-neonskog lasera je plinska smjesa, kojoj se potrebna energija dovodi u električnom pražnjenju. Gornje laserske razine (2s i 2p prema Paschenu) selektivno su naseljene na temelju sudara s metastabilnim atomima helija (23S1, 21S0). Tijekom tih sudara ne dolazi samo do izmjene kinetičke energije, već i do prijenosa energije s pobuđenih atoma helija na atome neona. Taj se proces naziva kolizija druge vrste:

He* + Ne -> He + Ne* + ΔE, (1)

gdje zvjezdica (*) simbolizira pobuđeno stanje. Razlika energije u slučaju pobude 2s razine je: &DeltaE=0,05 eV. U sudaru se postojeća razlika pretvara u kinetičku energiju, koja se zatim distribuira u obliku topline. Za razinu 3s odvijaju se identični odnosi. Takav rezonantni prijenos energije s helija na neon glavni je proces pumpanja u stvaranju inverzije stanovništva. U ovom slučaju, dug životni vijek metastabilnog stanja He ima povoljan učinak na selektivnost naseljenosti gornje laserske razine.

Ekscitacija He-atoma događa se na temelju sudara elektrona, bilo izravno ili dodatnim kaskadnim prijelazima s viših razina. Zbog dugoživućih metastabilnih stanja, gustoća atoma helija u tim je stanjima vrlo visoka. Gornje laserske razine 2s i 3s mogu - u skladu s pravilima odabira za električne Doppler prijelaze - proći samo do nižih p-razina. Za uspješno generiranje laserskog zračenja iznimno je važno da životni vijek s-stanja (gornja laserska razina) = približno 100 ns premašuje životni vijek p-stanja (donja laserska razina) = 10 ns.

Valne duljine

Zatim ćemo detaljnije razmotriti najvažnije laserske prijelaze, koristeći sl. 1 i podataka iz tablice 1. Najpoznatija linija u crvenom području spektra (0,63 μm) pojavljuje se zbog prijelaza 3s2 → 2p4. Donja razina je podijeljena kao rezultat spontane emisije tijekom 10 ns u razinu 1s (slika 1). Potonji je otporan na cijepanje zbog električnog dipolnog zračenja, tako da ima dugi prirodni vijek trajanja. Stoga su atomi koncentrirani u ovom stanju, koje se pokazalo vrlo naseljenim. Kod plinskog izboja atomi u tom stanju sudaraju se s elektronima, a zatim se razine 2p i 3s ponovno pobuđuju. U tom se slučaju inverzija naseljenosti smanjuje, što ograničava snagu lasera. Osiromašenje ls-stanja događa se u helij-neonskim laserima uglavnom zbog sudara sa stijenkom cijevi s izbojem plina, pa se stoga, kako se promjer cijevi povećava, pojačanje smanjuje, a učinkovitost smanjuje. Stoga je u praksi promjer ograničen na oko 1 mm, što pak ograničava izlaznu snagu He-Ne lasera na nekoliko desetaka mW.

Elektroničke konfiguracije 2s, 3s, 2p i 3p uključene u laserski prijelaz podijeljene su u brojne podrazine. To dovodi, na primjer, do daljnjih prijelaza u vidljivom području spektra, kao što se može vidjeti iz tablice 2. Za sve vidljive linije He-Ne lasera, kvantna učinkovitost je reda veličine 10%, što nije vrlo visoko. Dijagram razina (slika 1) pokazuje da su gornje laserske razine približno 20 eV iznad osnovnog stanja. Energija zračenja crvenog lasera je samo 2 eV.

Tablica 2. Valne duljine λ, izlazne snage i širine linija Δ ƒ He-Ne lasera (oznaka prijelaza Paschen)

Boja	λ nm	Tranzicija (prema Pashenu)	Vlast mW	Δ ƒ MHz	dobitak %/mj
Infracrveni	3 391	3s2 → 3p4	> 10	280	10 000
Infracrveni	1 523	2s2 → 2p1	1	625
Infracrveni	1 153	2s2 → 2p4	1	825
Crvena	640	3s2 → 2p2
Crvena	635	3s2 → 2p3
Crvena	633	3s2 → 2p4	> 10	1500	10
Crvena	629	3s2 → 2p5
naranča	612	3s2 → 2p6	1	1 550	1.7
naranča	604	3s2 → 2p7
Žuta boja	594	3s2 → 2p8	1	1 600	0.5
Žuta boja	543	3s2 → 2p10	1	1 750	0.5

Zračenje u infracrvenom području oko 1,157 µm nastaje kroz prijelaze 2s → 2p. Isto se odnosi i na nešto slabiju liniju na oko 1,512 µm. Obje ove infracrvene linije koriste se u komercijalnim laserima.

Karakteristična značajka linije u IR području na 3,391 μm je veliko pojačanje. U zoni slabih signala, odnosno pri jednom prolazu slabih svjetlosnih signala, iznosi oko 20 dB/m. To odgovara faktoru 100 za laser dug 1 metar. Gornja razina lasera ista je kao za poznati crveni prijelaz (0,63 µm). Visoko pojačanje, s jedne strane, uzrokovano je iznimno kratkim vijekom trajanja na nižoj razini 3p. S druge strane, to je zbog relativno velike valne duljine i, sukladno tome, niske frekvencije zračenja. Obično se omjer stimuliranih i spontanih emisija povećava za niske frekvencije ƒ. Pojačanje slabih signala g, u pravilu, proporcionalno je g ~ƒ2.

Bez selektivnih elemenata, He-Ne laser bi emitirao na liniji od 3,39 µm, a ne u crvenom području na 0,63 µm. Pobuđivanje infracrvene linije sprječava se ili selektivnim zrcalom šupljine ili apsorpcijom u Brewsterovim prozorima cijevi s izbojem plina. Zbog toga se prag generiranja lasera može podići na razinu dovoljnu za zračenje od 3,39 μm, tako da se ovdje pojavljuje samo slabija crvena linija.

Oblikovati

Elektroni potrebni za pobudu nastaju u plinskom pražnjenju (slika 2), koje se može koristiti s naponom od oko 12 kV pri strujama od 5 do 10 mA. Tipična duljina pražnjenja je 10 cm ili više, promjer kapilara pražnjenja je oko 1 mm i odgovara promjeru emitirane laserske zrake. Kako se promjer cijevi za pražnjenje plina povećava, učinkovitost se smanjuje, jer su potrebni sudari sa stijenkom cijevi za pražnjenje razine ls. Za optimalnu izlaznu snagu koristi se ukupni tlak punjenja (p): p·D = 500 Pa·mm, gdje je D promjer cijevi. Omjer u smjesi He/Ne ovisi o željenoj laserskoj liniji. Za poznatu crvenu liniju imamo He: Ne = 5:l, a za infracrvenu liniju oko 1,15 µm - He:Ne=10:l. Važan aspekt je i optimizacija gustoće struje. Učinkovitost za liniju od 633 nm je oko 0,1%, jer proces ekscitacije u ovom slučaju nije vrlo učinkovit. Životni vijek helij-neonskog lasera je oko 20 000 radnih sati.

Riža. 2. Dizajn He-Ne lasera za polarizirano zračenje u mW području

Dobitak u ovim uvjetima iznosi g=0,1 m-1, pa je potrebno koristiti zrcala visoke refleksije. Za izlazak laserske zrake samo s jedne strane postavlja se djelomično propuštajuće (poluprozirno) zrcalo (na primjer, s R = 98%), a s druge strane - zrcalo s najvećom mogućom refleksijom (~ 100%). Dobitak za druge vidljive prijelaze mnogo je manji (vidi tablicu 2). U komercijalne svrhe ovi su vodovi dobiveni tek posljednjih godina uz pomoć zrcala, koja se odlikuju iznimno malim gubicima.

Prije toga, u helij-neonskom laseru, izlazni prozori cijevi za pražnjenje bili su fiksirani epoksidnom smolom, a zrcala su montirana izvana. To je uzrokovalo difuziju helija kroz ljepilo, a vodena para je ušla u laser. Danas se ti prozori pričvršćuju izravnim zavarivanjem metala na staklo, što smanjuje curenje helija na oko 1 Pa godišnje. U slučaju malih, masovno proizvedenih lasera, zrcalni premaz se nanosi izravno na izlazne prozore, što uvelike pojednostavljuje cijeli dizajn.

Svojstva grede

Za odabir smjera polarizacije, svjetiljka s izbojem u plinu opremljena je s dva koso postavljena prozora ili, kao što je prikazano na sl. 2, Brewsterova ploča je umetnuta u rezonator. Reflektivnost na optičkoj površini nestaje ako svjetlost upada pod takozvanim Brewsterovim kutom i polarizirana je paralelno s ravninom upada. Dakle, zračenje s ovim smjerom polarizacije prolazi bez gubitaka kroz Brewsterov prozor. U isto vrijeme, reflektivnost komponente polarizirane okomito na ravninu upada je prilično visoka i potisnuta je u laseru.

Omjer (stupanj) polarizacije (omjer snage u smjeru polarizacije prema snazi ​​okomitoj na ovaj smjer) je 1000:1 za konvencionalne komercijalne sustave. Kada radi laser bez Brewsterovih ploča s unutarnjim zrcalima, stvara se nepolarizirano zračenje.

Laser obično generira u transverzalnom TEM00 modu (mod najnižeg reda), a nekoliko longitudinalnih (aksijalnih) modova se formira odjednom. Kada je udaljenost zrcala (duljina laserskog rezonatora) L = 30 cm, međumodni frekvencijski interval je Δ ƒ` = c/2L = 500 MHz. Središnja frekvencija je na razini 4,7 1014 Hz. Budući da se pojačanje svjetlosti može dogoditi unutar raspona Δ ƒ = 1500 MHz (Doplerova širina), na L = 30CM emitiraju se tri različite frekvencije: Δ ƒ/Δ ƒ`= 3. Kada se koristi manji razmak između zrcala (<= 10см) может быть получена одночастотная генерация. При короткой длине мощность будет весьма незначительной. Если требуется одночастотная генерация и более высокая мощность, можно использовать лазер большей длины и с оснащением частотно-селективными элементами.

Helij-neonski laseri oko 10 mW često se koriste u interferometriji ili holografiji. Duljina koherencije takvih lasera masovne proizvodnje je od 20 do 30 cm, što je sasvim dovoljno za holografiju malih objekata. Veće duljine koherencije postižu se korištenjem serijskih frekvencijski selektivnih elemenata.

Kada se optički razmak između zrcala mijenja kao rezultat toplinskih ili drugih učinaka, aksijalne vlastite frekvencije laserskog rezonatora se pomiču. S jednofrekventnom generacijom ovdje se ne postiže stabilna frekvencija zračenja - ona se nekontrolirano kreće u području širine linije od 1500 MHz. Dodatnim elektroničkim upravljanjem može se postići stabilizacija frekvencije samo u središtu linije (komercijalni sustavi mogu imati stabilnost frekvencije od nekoliko MHz). U istraživačkim laboratorijima ponekad je moguće stabilizirati helij-neonski laser na raspon manji od 1 Hz.

Upotrebom prikladnih zrcala, različite linije iz tablice 4.2 mogu se pobuditi da generiraju lasersko svjetlo. Najčešće korištena vidljiva linija je oko 633 nm s tipičnom snagom od nekoliko milivata. Nakon potiskivanja intenzivne laserske linije od oko 633 nm, druge linije u vidljivom području mogu se pojaviti u rezonatoru zbog uporabe selektivnih zrcala ili prizmi (vidi tablicu 2). Međutim, izlazne snage ovih vodova su samo 10% izlazne snage teškog voda ili čak manje.

Komercijalni helij neonski laseri dostupni su u različitim valnim duljinama. Osim njih, postoje i laseri koji generiraju na više linija i sposobni su emitirati valove više valnih duljina u različitim kombinacijama. U slučaju podesivih He-Ne lasera, predlaže se odabir potrebne valne duljine okretanjem prizme.

Helij neonski laser

Osim Shavlova, još su dva istraživača Bell Labsa radila na laserskom problemu 1958.: Ali Javan i John Sanders. Javan je bio Iranac porijeklom. Doktorirao je 1954. pod Townsom na temu radiospektroskopije. Ostao je s Townsovom grupom četiri godine, radeći na radiospektroskopiji i maserima. Nakon obrane disertacije, kada Tau nije bio na odmoru u Parizu i Tokiju, Javan se više uključio u masere i došao na ideju o trorazinskom maseru prije nego što je grupa Bell Labs objavila eksperimentalni rad na tu temu. Pronašao je metodu za dobivanje povećanja populacije bez inverzije, posebno koristeći Ramanov učinak u sustavu s tri razine, ali je svoje rezultate objavio kasnije od Bellove grupe.

U travnju 1958., kada je tražio posao u Bell Labsu, razgovarao je sa Shavlovom, koji mu je rekao za lasere. U kolovozu 1958. primljen je u Bell Labs, au listopadu je započeo sustavno istraživanje lasera. U početku je ondje imao etičkih poteškoća. RCA je prethodno ispitao njegove zapise o troslojnom maseru i utvrdio da njegovi datumi prethode onima grupe Bell. RCA mu je platio 1000 dolara za prava na patent i pokrenuo spor s Bellom, gdje je Javan već radio. Otprilike šest mjeseci Javan je surađivao s odvjetnicima iz RCA i Bell Labsa. Srećom, RCA je malo istražio tržište i, uvjeren da ovo masersko pojačalo nije profitabilno, odustao je od posla, prepustivši patent Bell Labsu.

Dakle, Javan se mogao potpuno posvetiti laseru. Pomislio ga je izgraditi pomoću plinova i objavio je svoj prijedlog dizajna u Physical Review Letters 1959. Odlučio je koristiti plin kao aktivni medij, jer je vjerovao da će ta jednostavna tvar olakšati istraživanje. Međutim, smatrao je da je nemoguće koristiti žarulje velike snage za pumpanje atoma izravno u pobuđeno stanje, te je razmatrao pobuđivanje bilo izravnim sudarima s elektronima u čistom neonskom mediju, bilo sudarima druge vrste. U potonjem slučaju, izbojna cijev je ispunjena s dva plina, koji su odabrani tako da atomi prvog plina, pobuđeni sudarima s elektronima u električnom izboju, mogu prenijeti svoju energiju na atome drugog plina, pobuđujući ih . Neke mješavine plinova imale su strukturu energetske razine koja je zadovoljavala te uvjete. Zapravo, potrebno je da razina energije drugog plina ima energiju praktički jednaku energiji pobude prvog plina. Od mogućih kombinacija plinova, Javan je odabrao kombinaciju helija i neona, čije su razine prikazane na sl. 54. Vjerovao je da bilo koji fizički proces nastoji uspostaviti Boltzmannovu distribuciju energije po razinama (tj. naseljenost niže razine veća je od naseljenosti gornje). Stoga se medij s inverznom naseljenošću može dobiti u stacionarnom procesu samo kao rezultat natjecanja različitih fizičkih procesa koji se odvijaju različitim brzinama.

To se može bolje razumjeti promatranjem stabla s granama (dvije na slici 55) na kojima sjede majmuni. Razmotrimo prvo populaciju prema Boltzmannovoj statistici, tj. recimo, četiri majmuna sjede na gornjoj grani (1), pet na donjoj (2) i šest na zemlji (3, glavna razina). Od ove tri razine, glavna je najnaseljenija, a što je viša razina, manje je naseljena. Međutim, majmuni ne sjede mirno, već skaču po granama (npr. možemo pretpostaviti da se to događa svake minute). U tom slučaju, populacije na razinama ostaju iste u vremenu (ravnotežna situacija). Pretpostavimo sada da nastavimo naseljavati grane istom brzinom (jedan majmun u minuti), ali u isto vrijeme smočimo granu 2 i činimo je skliskom. Sada majmuni ne mogu ostati na njemu dulje od, recimo, 10 sekundi. Zbog toga se ova grana brzo širi i ubrzo je više majmuna na grani 1 nego na grani 2. Tako se dobiva inverzna populacija zbog činjenice da je vrijeme boravka majmuna na različitim granama različito. Iako su to vrlo primitivna razmatranja, ona pomažu razumjeti Javanova razmatranja.

Odabir mješavine helij-neon prošao je kroz pažljivu selekciju kako bi se dobio sustav koji je obećavao optimalno okruženje, a tek je kasniji uspjeh donio a posteriori puno povjerenje u Javana. Čak i nakon što se uvjerio da je helij-neon najbolja mješavina, bilo je mnogo skeptika koji su mu govorili da je plinsko pražnjenje previše kaotično. Bilo je previše neizvjesnosti, rekli su, a njegovi pokušaji bili su poput lova na divlje guske.

Riža. 54. Energetske razine helija (He) i (Ne). Prikazani glavni laserski prijelazi

Sl.55. Majmuni na travnjaku su raspoređeni prema Boltzmannovoj statistici. Na tlu ih je više, a njihov broj opada s visinom grana.

Javan je potrošio mnogo novca, ali je, srećom, sustav funkcionirao, inače je administracija bila spremna zatvoriti projekt i zaustaviti eksperimente. Do kraja projekta, dva milijuna dolara potrošeno je na ovu studiju. Iako je ovaj iznos naizgled pretjeran, projekt je nedvojbeno zahtijevao značajne troškove.

U međuvremenu, John Sanders, eksperimentalni fizičar sa Sveučilišta u Oxfordu, pozvan je u Bell Labs da pokuša implementirati infracrveni laser. Tijekom manje od jedne godine predviđene za ovu studiju, Sanders nije gubio vrijeme na teorijsku studiju, već je odmah odlučio pobuditi čisti helij u izbojnoj cijevi s Fabry-Perotovim rezonatorom unutar nje. Pokušao je postići laserski učinak putem pokušaja i pogrešaka, mijenjajući parametre pražnjenja. Maksimalna udaljenost na kojoj su se zrcala mogla montirati, a da i dalje ostanu paralelna jedno s drugim, iznosila je 15 cm. Sanders nije koristio dulje cijevi za pražnjenje. Javan je to smatrao temeljnim ograničenjem. Pretpostavio je da je pojačanje u plinu vrlo malo i da Sandersov rezonator neće raditi. Cijev koju je Javan koristio bila je puno duža, a kako je bilo izuzetno teško namjestiti Fabry-Perot zrcala na tolikoj udaljenosti, odlučio je najprije odrediti potrebne parametre za radni uređaj, a zatim pokušati namjestiti zrcala probom i greška. Tako je radio. Bez svih preliminarnih radnji u odabiru He-Ne moda kako bi se dobio poznati dobitak, bilo je nemoguće uspjeti.

Sanders je poslao pismo Physical Review Lettersu rekavši da je teško dobiti dovoljno pobuđene atome bljeskalicom i predložio korištenje pobuđenja uzrokovanog udarima elektrona. Takvo pobuđivanje se lako može izvesti električnim pražnjenjem u plinu ili pari. Inverzija naseljenosti može se postići ako aktivni materijal sadrži pobuđena stanja s dugim životnim vijekom, kao i stanja s nižim energijama i kratkim životnim vijekom (kao što smo razmotrili u primjeru majmuna).

Odmah nakon ovog članka, u istom broju časopisa Physical Review Letters, A. Javan je objavio svoj članak u kojem je također razmatrao ove probleme, a između ostalih shema predložio je i jednu vrlo originalnu. Razmotrimo dugoživuće stanje u plinu. U uvjetima pražnjenja ovo se stanje može prikladno naseliti zbog dugog vijeka trajanja. Ako sada pobuđeno stanje drugog plina ima energiju vrlo blisku ovom dugovječnom stanju, tada je vrlo vjerojatno da će sudar prenijeti energiju s prvog atoma na drugi, koji će postati pobuđen. Ako ovaj atom ima druga niža energetska stanja, oni će ostati nepobuđeni i stoga može doći do inverzne naseljenosti između visokog energetskog stanja u odnosu na niže energetsko stanje. Javan je u svom radu spominjao mješavine kriptona i žive, kao i mješavine helija i neona. Ovaj je rad objavljen u časopisu Physical Review Letters 3. lipnja 1959.

Javan je blisko surađivao s Williamom R. Bennettom, Jr., spektroskopistom sa Sveučilišta Yale koji je bio Javanov prijatelj na Columbiji. Cijelu godinu radili su do kasno u noć. U jesen 1959. Javan je zamolio Donalda R. Herriota, optičkog tehničara u Bell Labsu, da pomogne u projektu. Jedan od temeljnih problema bio je osigurati izbojnu cijev s dva prozirna prozora vrlo visoke optičke kvalitete kako se ne bi iskrivila izlazna zraka. Također je bilo potrebno ugraditi rezonatorska zrcala. Razvijena je shema (slika 56) sa zrcalima unutar cijevi za pražnjenje, opremljena posebnim uređajima s mikrometarskim vijcima, što je omogućilo fino podešavanje zrcala na uglovima. U rujnu 1959. Bennett je prešao s Yalea u Bell Labs i zajedno s Javanom započeo program intenzivnog i temeljitog istraživanja, izračunavanja i mjerenja spektroskopskih svojstava smjesa helija i neona pod različitim uvjetima, kako bi se utvrdili čimbenici koji određuju proizvodnja inverzije. Otkrili su da se pod najboljim uvjetima može postići samo vrlo mali dobitak, reda veličine 1,5%. Ovaj mali dobitak učinio je apsolutno nužnim smanjiti gubitke i koristiti zrcala s najvećom mogućom refleksijom. Takva se zrcala dobivaju taloženjem na prozirnu površinu (staklo) više slojeva odgovarajućih (prozirnih) dielektričnih materijala s različitim indeksima loma. Visoki koeficijent refleksije dobiva se zbog višestazne interferencije s refleksijama na granicama između slojeva. Tri su istraživača uspjela koristiti takva zrcala, koja su na valnoj duljini od 1,15 mikrona imala refleksiju od 98,9%.

Riža. 56. Dijagram helij-neonskog lasera koji su izgradili Javan, Bennett i Heriott

Godine 1960. Javan, Bennett i Heriott konačno su testirali svoj laser. Prvo su pomoću snažnog magnetrona pokušali izvesti električno pražnjenje u kvarcnoj cijevi koja sadrži plinsku smjesu, no cijev se rastopila. Morao sam obnoviti opremu i unijeti promjene. 12. prosinca 1960. počeli su raditi na novoj organizaciji cijevi i pražnjenja. Pokušali su namjestiti ogledala da dobiju laser, ali bez uspjeha. Onda, u podne, Heriott je vidio signal: “Okretao sam mikrometrske vijke na jednom zrcalu, kao i obično, kad se, iznenada, pojavio signal na osciloskopu. Postavili smo monokromator i zabilježili vrh signala na valnoj duljini od 1,153 µm, tj. na očekivanoj valnoj duljini. Rođen je prvi laser koji je koristio plin kao aktivni medij i radio je u kontinuiranom načinu rada! Njegovo zračenje bilo je u bliskom infracrvenom području i stoga nevidljivo oku. Za registraciju je bio potreban odgovarajući prijemnik spojen na osciloskop.

A šest mjeseci ranije, tehničar Ed Ballick, koji je pomagao, kasnije stekao diplomu na Sveučilištu Oxford i predavao u Kanadi, kupio je stoljetnu bocu vina. Namijenjen je svečanom trenutku – povodom rada lasera. Kad su laserski eksperimenti konačno urodili plodom, nekoliko dana kasnije Javan je nazvao šefa Bell Labsa i pozvao ga da okupa događaj u stoljetnom vinu. Bio je užasno oduševljen, ali je onda uzviknuo: “Prokletstvo, Ali. Imamo problem!". Ovo se dogodilo ujutro, Javan, i nisam razumio u čemu je problem. Ali u podne je po laboratoriju kružila okružnica koja je pojašnjavala prethodnu, izdanu nekoliko mjeseci ranije, i zabranjivala pijenje alkohola na području znanstvenog centra. Pojašnjenje je zabranjivalo konzumiranje alkohola mlađeg od 100 godina. Nakon toga su podigli čaše za uspjeh bez kršenja pravila!

Prvi laser radio je na prijelazu od 1,15 µm, u bliskom IR području. Javan je koristio ogledala koja su imala maksimalnu refleksiju na ovoj valnoj duljini, što odgovara jednom od mogućih prijelaza neona. Znao je da postoje i druge moguće valne duljine. Odabrao je ovu valnu duljinu jer je njegovo istraživanje pokazalo da se na njoj može očekivati ​​najveći dobitak. Za korištenje prijelaza u vidljivom području bila je potrebna cijev tako malog promjera da je bilo nemoguće prilagoditi ravna zrcala koja su se u to vrijeme koristila za Fabry-Perotov rezonator.

U Javanskom laseru, cijev za pražnjenje sadržavala je neon i helij pri tlaku od 0,1 odnosno 1 Torr (1 Torr je gotovo tisućinka tlaka jedne atmosfere). Cijev od taljenog kvarca bila je duga 80 cm i promjera 1,5 cm.Na svakom kraju bila je metalna šupljina koja je sadržavala ravna zrcala visoke refleksije. Korišteni su fleksibilni rukavci (mijehovi), koji su omogućili podešavanje (preciznim nagibom) Fabry-Perot zrcala mikrometarskim vijcima. To je omogućilo osiguranje paralelizma s točnošću od 6 kutnih sekundi. Na krajevima su bili ravni stakleni prozori s površinama poliranim s točnošću boljom od 100 A. Omogućivali su emitiranje zrake zračenja bez izobličenja. Električni izboj pobuđivan je vanjskim elektrodama pomoću oscilatora od 28 MHz snage 50 watta. Ogledala visoke refleksije dobivena su taloženjem 13 slojeva dielektričnih materijala (MgF 2 , ZnS). Između 1,1 i 1,2 µm, refleksija je bila 98,9%. Laser je radio kontinuirano i bio je prvi laser ove vrste.

Slijedeći Hughesov primjer, Bell Labs također je održao javnu demonstraciju helij-neonskog lasera 14. prosinca 1960. Da bi se pokazala moguća važnost za komunikaciju, telefonski razgovor je prenošen pomoću snopa laserskog zračenja koji je moduliran telefonom. signal.

Ovaj je laser postao poznat kao He-Ne laser, koristeći kemijske simbole svojih komponenti za naziv. Predstavljen je tisku 31. siječnja 1961. Rad koji ga opisuje objavljen je 30. prosinca 1960. u Physical Review Letters.

Dok je Javan provodio pokuse u proljeće 1960., dva istraživača Bell Labsa, A. Fox i T. Lee, počeli su proučavati pitanje koji modovi postoje u Fabry-Perot rezonatoru. Činjenica je da se Fabry-Perot rezonator uvelike razlikuje od mikrovalnih rezonatora u obliku zatvorenih šupljina. Odredili su oblik tih oblika, a njihov je rezultat potaknuo druge istraživače Bell Labsa, Garyja D. Bonda, Jamesa Gordona i Herwiga Kogelnika, da pronađu analitička rješenja u slučaju sfernih zrcala. Ne može se podcijeniti važnost proučavanja optičkih šupljina za razvoj plinskih lasera. Prije nego što su postignuti ovi rezultati, plinski je laser bio, u najboljem slučaju, marginalni uređaj, čije je stvaranje uvelike ovisilo o poravnanju krajnjih zrcala. Teorijska istraživanja rezonatora sa sfernim zrcalima pokazala su da mogu postojati konfiguracije koje relativno slabo ovise o poravnanju zrcala, a unutarnji gubici u rezonatoru mogu biti manji nego u rezonatoru s ravnim zrcalima. To omogućuje korištenje aktivnih medija sa znatno manjim dobicima nego što se mislilo. Rezonator s ravnim zrcalima praktički je napušten, a sva otkrića novih plinskih lasera napravljena su pomoću rezonatora sa sfernim zrcalima.

Godine 1961. u Bell Labsu započeo je veliki program istraživanja lasera. Istraživači okupirani drugim problemima preorijentirani su na nove teme, zaposleni su novi djelatnici. Odluka da se u rezonatoru koriste dva identična sferna zrcala, smještena na mjestu njihovih žarišta (ova konfiguracija se naziva konfokalni rezonator), pokazala je koje bi poteškoće Javan mogao izbjeći ako bi koristio takav rezonator. Kao rezultat toga, William W. Rygrod, Herwig Kogelnik, Donald R. Heriott i D. J. Brangacio izgradili su u proljeće 1962. prvi konfokalni rezonator sa sfernim zrcalima koja koncentriraju svjetlost prema osi izbojne cijevi, a ta su zrcala postavljena izvan cijev. To je omogućilo dobivanje generacije na crvenoj liniji 6328 A. Dio svjetlosti se neizbježno gubi u refleksijama od prozorskih površina (Fresnelova refleksija). Ti se gubici, međutim, mogu izbjeći naginjanjem prozora pod određenim kutom, koji se naziva Brewsterov kut. U ovom slučaju, za svjetlost određene polarizacije, gubici su praktički jednaki nuli. Ova nova laserska konfiguracija prikazana je na Sl. 57.

Riža. 57. Konfokalni optički rezonator. Cijev u kojoj se plin pobuđuje električnim pražnjenjem zatvorena je prozorima nagnutim pod Brewsterovim kutom. Konkavna zrcala jednakih polumjera zakrivljenosti postavljena su iza cijevi tako da je razmak između njih jednak polumjeru zakrivljenosti.

Crveni He-Ne laser je dobio široku primjenu, a još uvijek se koristi, posebice u medicini. Osim toga, uvelike doprinosi razumijevanju temeljnih razlika između laserske (visoko koherentne) i obične (nekoherentne) svjetlosti. Pomoću ovog lasera lako se uočavaju fenomeni interferencije, kao i modna struktura laserske zrake koja se lako i jasno mijenja blagim nagibom zrcala rezonatora. Potaknut je i razvoj drugih, brojnih vrsta lasera.

Moderni He-Ne laser može generirati na jednom od nekoliko prijelaza prikazanih na sl. 54. Da bi se to postiglo, izrađuju se višeslojna zrcala s maksimalnom refleksijom na željenoj valnoj duljini. Generacija se dobiva na valnim duljinama od 3,39 μm, 1,153 μm, 6328 A°, a čak i kod posebnih zrcala, na valnim duljinama od 5433 A (zelena linija), 5941 A° (žuta linija), 6120 A° (narančasta linija).

Iz autorove knjige

Drugi laser u čvrstom stanju U rujnu 1959. Townes je organizirao konferenciju na temu "Kvantna elektronika - fenomen rezonancije" na kojoj se, iako laser još nije bio stvoren, većina neformalnih rasprava usredotočila na lasere. Ovoj konferenciji nazočio je Peter

Iz autorove knjige

Cezijev laser 1961. bila je godina implementacije još dva lasera, na kojima su stručnjaci radili od samog početka koncepta lasera. Jedan od njih bio je cezijev laser. Nakon što su Townes i Shavlov napisali svoj rad, odlučeno je da će Townes pokušati napraviti laser.

Iz autorove knjige

Neodimijski laser Još jedan laser, lansiran 1961. godine i još uvijek jedan od glavnih, je neodimijski stakleni laser. Godine 1959.-1960. American Optical Company također se zainteresirala za laserska istraživanja, koja je proveo jedan od njezinih znanstvenika, Elias Snitzer. Ovaj

Iz autorove knjige

Postoji li laser u prirodi? Čini se da je odgovor potvrdan! Lasersko zračenje valne duljine od oko 10 μm (tipična emisijska linija ugljičnog dioksida, koja pokreće CO2 lasere velike snage, koji se široko koriste, posebno za strojnu obradu materijala) bila je

Iz autorove knjige

Iz autorove knjige

Laser i Moon Bell Labs koristili su jedan od prvih lasera za proučavanje topografije Mjesečeve površine. Tijekom ekspedicije Apolla 11, poslane na Mjesec 21. srpnja 1969., astronauti su na njegovu površinu postavili dva kutna reflektora koji su mogli reflektirati lasersku svjetlost,

Cilj ovog rada je proučavanje glavnih karakteristika i parametara plinskog lasera u kojem se kao aktivna tvar koristi mješavina plinova helija i neona.

3.1. Princip rada helij-neonskog lasera

Helij neonski laser tipičan je i najčešći plinski laser. Spada u atomske plinske lasere, a aktivni medij mu je mješavina neutralnih (neioniziranih) atoma inertnih plinova - helija i neona. Neon je radni plin, a prijelazi između njegovih energetskih razina odvijaju se emisijom koherentnog elektromagnetskog zračenja. Helij ima ulogu pomoćnog plina i pridonosi ekscitaciji neona i stvaranju inverzije naseljenosti u njemu.

Za početak generiranja u bilo kojem laseru moraju biti ispunjena dva važna uvjeta:

1. Mora postojati inverzija naseljenosti između radnih laserskih razina.

2. Dobitak u aktivnom mediju mora premašiti sve gubitke u laseru, uključujući i "korisne" gubitke za izlaz zračenja.

Ako sustav ima dvije razine E 1 i E 2 s brojem čestica na svakoj od njih N 1 i N 2 i stupanj degeneracije g 1 i g 2 , tada će se inverzija populacije dogoditi kada populacija N 2 /g 2 najviše razine E 2 bit će više stanovništva N 1 /g 1 niža razina E 1 , odnosno stupanj inverzije Δ N bit će pozitivno:

Ako razine E 1 i E 2 nedegenerirani, tada je za pojavu inverzije potrebno da broj čestica N 2 na najvišoj razini E 2 je bio veći od broja čestica N 1 na nižoj razini E jedan . Razine između kojih je moguć nastanak inverzije naseljenosti i pojava prisilnih prijelaza uz emisiju koherentnog elektromagnetskog zračenja nazivaju se radne laserske razine.

Stanje inverzije naseljenosti stvara se pomoću pumpanje– pobuđivanje atoma plina različitim metodama. Zbog energije vanjskog izvora, tzv izvor pumpe, atom Ne s razine energije zemlje E 0 , koji odgovara stanju termodinamičke ravnoteže, prelazi u pobuđeno stanje Ne*. Prijelazi se mogu dogoditi na različitim razinama energije ovisno o intenzitetu pumpe. Tada dolazi do spontanih ili prisilnih prijelaza na niže energetske razine.

U većini slučajeva nije potrebno razmatrati sve moguće prijelaze između svih stanja u sustavu. Time je moguće govoriti o dvo-, tro- i četverorazinskim shemama rada lasera. Vrsta sheme rada lasera određena je svojstvima aktivnog medija, kao i korištenom metodom crpljenja.

Helij-neonski laser radi u shemi od tri razine, kao što je prikazano na sl. 3.1. U ovom slučaju, kanali za pumpanje i generiranje zračenja su djelomično odvojeni. Pumpanjem aktivne tvari dolazi do prijelaza s razine tla E 0 do uzbuđene razine E 2, što dovodi do pojave inverzije naseljenosti između radnih razina E 2 i E jedan . Aktivni medij, koji je u stanju inverzije naseljenosti radnih razina, sposoban je pojačati elektromagnetsko zračenje s frekvencijom
zbog stimuliranih emisijskih procesa.

Riža. 3.1. Dijagram energetskih razina radnog i pomoćnog plina koji objašnjava rad helij-neonskog lasera

Budući da je širenje energetskih razina u plinovima malo i nema širokih apsorpcijskih vrpci, teško je dobiti inverznu naseljenost pomoću optičkog zračenja. Međutim, u plinovima su mogući i drugi načini pumpanja: izravna elektronska ekscitacija i rezonantni prijenos energije pri sudaru atoma. Pobudu atoma pri sudaru s elektronima najlakše je izvesti u električnom pražnjenju, gdje se elektroni ubrzavaju električnim poljem. može dobiti značajnu kinetičku energiju. U neelastičnim sudarima elektrona s atomima, potonji prelaze u pobuđeno stanje E 2:

Važno je da proces (3.4) ima rezonantni karakter: vjerojatnost prijenosa energije bit će najveća ako se pobuđena energetska stanja različitih atoma podudaraju, tj. ako su u rezonanciji.

Energetske razine He i Ne i glavni radni prijelazi detaljno su prikazani na slici 1. 3.2. Prijelazi koji odgovaraju neelastičnim interakcijama atoma plina s brzim elektronima (3.2) i (3.3) prikazani su točkastim strelicama prema gore. Kao rezultat udara elektrona, atomi helija se pobuđuju na razine 2 1 S 0 i 2 3 S 1 koje su metastabilne. Radijacijski prijelazi u heliju u osnovno stanje 1 S 0 zabranjeni su pravilima odabira. Kada se pobuđeni atomi He sudare s atomima Ne u osnovnom stanju 1 S 0 , moguć je prijenos ekscitacije (3.4) i neon prelazi na jednu od razina 2S ili 3S. U ovom slučaju uvjet rezonancije je zadovoljen, budući da su energetski procjepi između osnovnog i pobuđenog stanja u pomoćnom i radnom plinu blizu jedan drugome.

Radijacijski prijelazi mogu se dogoditi s 2S i 3S razina neona na 2P i 3P razine. P razine su manje naseljene od gornjih S razina, budući da nema izravnog prijenosa energije s He atoma na te razine. Osim toga, razine P imaju kratak životni vijek, a neradijacijski prijelaz P → 1S prazni razine P. Dakle, situacija (3.1) nastaje kada je naseljenost gornjih razina S veća od naseljenosti nižih razina P, tj. između razina S i P inverzija naseljenosti, što znači da se prijelazi između njih mogu koristiti za lasersko generiranje.

Budući da je broj S i P razina velik, moguć je veliki skup različitih kvantnih prijelaza između njih. Konkretno, od četiri 2S razine do deset 2P razina, 30 različitih prijelaza dopušteno je pravilima odabira, od kojih je većina generirala generaciju. Najjača emisijska linija tijekom prijelaza 2S → 2P je linija od 1,1523 μm (infracrveno područje spektra). Za prijelaze 3S→2R najznačajnija linija je 0,6328 µm (crveno područje), a za 3S→3R – 3,3913 µm (IR područje). Spontana emisija se javlja na svim navedenim valnim duljinama.

Riža. 3.2. Razine energije atoma helija i neona i shema rada He-Ne lasera

Kao što je ranije spomenuto, nakon radijacijskih prijelaza na P razine, neradijacijski radijacijski raspad događa se tijekom P → 1S prijelaza. Nažalost, razine neona 1S su metastabilne i ako plinska smjesa ne sadrži druge nečistoće, tada je jedini način prijelaza atoma neona u osnovno stanje iz razine 1S u sudaru sa stijenkama posude. Zbog toga se pojačanje sustava povećava kako se smanjuje promjer cijevi za pražnjenje. Budući da se 1S stanja neona polako troše, atomi Ne se zadržavaju u tim stanjima, što je krajnje nepoželjno i određuje niz karakteristika ovog lasera. Konkretno, kako se struja pumpe povećava iznad vrijednosti praga j tada dolazi do brzog porasta, a zatim do zasićenja pa čak i do smanjenja snage laserskog zračenja, što je upravo posljedica nakupljanja radnih čestica na 1S razinama i zatim njihovog prelaska u 2P ili 3P stanja pri sudaru s elektronima. Zbog toga je nemoguće postići velike izlazne snage zračenja.

Pojava inverzne naseljenosti ovisi o tlaku He i Ne u smjesi i o temperaturi elektrona. Optimalne vrijednosti tlaka plina su 133 Pa za He i 13 Pa za Ne. Temperatura elektrona određena je naponom primijenjenim na plinsku smjesu. Obično se ovaj napon održava na razini od 2…3 kV.

Za dobivanje laserske generacije potrebno je da u laseru postoji pozitivna povratna sprega, inače će uređaj raditi samo kao pojačalo. Za to se aktivni plinoviti medij stavlja u optički rezonator. Osim za stvaranje povratne sprege, rezonator služi za odabir vrsta oscilacija i izbor valne duljine generiranja, za što se koriste posebna selektivna zrcala.

Na razinama pumpe blizu praga, laseriranje na jednoj vrsti oscilacija je relativno lako. S povećanjem razine uzbude, ako se ne poduzmu posebne mjere, pojavljuju se brojni drugi načini. U ovom slučaju, generiranje se događa na frekvencijama bliskim rezonantnim frekvencijama rezonatora, koje su sadržane unutar širine atomske linije. U slučaju aksijalnih vrsta vibracija (TEM 00 -mod), frekvencijska udaljenost između susjednih maksimuma
, gdje L je duljina rezonatora. Kao rezultat istovremene prisutnosti više modova, u spektru emisije nastaju otkucaji i nehomogenosti. Kad bi postojali samo aksijalni modovi, tada bi spektar bio odvojene linije, udaljenost između kojih bi bila jednaka c / 2L. Ali također je moguće pobuditi neaksijalne vrste oscilacija u rezonatoru, na primjer, TEM 10 modova, čija prisutnost snažno ovisi o ugađanju zrcala. Zbog toga se u spektru emisije pojavljuju dodatne satelitske linije, smještene simetrično po frekvenciji s obje strane aksijalnih tipova oscilacija. Pojava novih vrsta oscilacija s porastom razine pumpe lako se određuje vizualnim promatranjem strukture polja zračenja. Također je moguće vizualno promatrati utjecaj poravnanja rezonatora na strukturu koherentnih modova zračenja.

Plinovi su homogeniji od kondenziranih medija. Zbog toga je svjetlosni snop u plinu manje izobličen i raspršen, a zračenje helij-neonskog lasera karakterizira dobra stabilnost frekvencije i visoka usmjerenost, koja doseže svoju granicu zbog difrakcijskih pojava. Difrakcijska granica divergencije za konfokalni rezonator

,

gdje je λ valna duljina; d 0 je promjer svjetlosnog snopa u njegovom najužem dijelu.

Zračenje helij-neonskog lasera karakterizira visok stupanj monokromatičnosti i koherencije. Širina emisijskih linija takvog lasera mnogo je uža od "prirodne" širine spektralne linije i mnogo je redova veličine manja od graničnog stupnja razlučivosti modernih spektrometara. Stoga se za njegovo određivanje mjeri spektar otkucaja različitih modova u zračenju. Osim toga, zračenje ovog lasera je ravno polarizirano zbog upotrebe prozora smještenih pod Brewsterovim kutom u odnosu na optičku os rezonatora.

Dokaz koherencije zračenja može biti opažanje difrakcijskog uzorka u superpoziciji zračenja primljenog iz različitih točaka izvora. Na primjer, koherencija se može procijeniti promatranjem smetnji iz sustava višestrukih utora. Iz Youngova iskustva poznato je da se za promatranje interferencije svjetlosti iz običnog "klasičnog" izvora zračenje prvo propušta kroz jedan prorez, a zatim kroz dva proreza, a zatim se na ekranu formiraju interferentne pruge. U slučaju korištenja laserskog zračenja, prvi prorez se pokazuje nepotrebnim. Ova je okolnost temeljna. Osim toga, razmak između dva proreza i njihova širina mogu biti nesamjerljivo veći nego u klasičnim eksperimentima. Na izlaznom prozoru plinskog lasera nalaze se dva proreza, razmak između kojih je 2 a. U slučaju kada je upadno zračenje koherentno, na ekranu koji se nalazi na udaljenosti d iz proreza će se uočiti interferencijski uzorak. U ovom slučaju, udaljenost između maksimuma (minimuma) vrpci

.

Najčešći plinski laser je helij-neonski ( On-Ne) laser (laser s neutralnim atomom), koji radi na mješavini helija i neona u omjeru 10:1. Ovaj laser je također prvi kontinuirani laser.

Razmotrimo energetsku shemu razina helija i neona (slika 3.4). Generacija se odvija između neonskih razina, a helij se dodaje za izvođenje procesa pumpanja. Kao što se može vidjeti sa slike, razine 2 3 S 1 i 2 1 S 0 helij nalaze se, odnosno, blizu razina 2s i 3s ne ona. Budući da razine helija 2 3 S 1 i 2 1 S 0 su metastabilni, tada kada se metastabilni pobuđeni atomi helija sudare s atomima neona, doći će do rezonantnog prijenosa energije na atome neona (sudari druge vrste).

Dakle razine 2s i 3s neon se može naseliti i, prema tome, generacija može nastaviti s ovih razina. Doživotno s-Države ( t s» 100 ns) mnogo duži životni vijek R-Države ( t str»10 ns), pa je za rad lasera po četverorazinskoj shemi zadovoljen sljedeći uvjet:

1 1 S z (3s, 2s) z(3p,2p) z 1s .

Generiranje lasera moguće je na jednom od prijelaza a, b, c prema valnim duljinama ja=3,39 µm, lb=0,633 µm, l s=1,15 μm, što se može dobiti izborom koeficijenta refleksije zrcala rezonatora ili uvođenjem disperzivnih elemenata u rezonator.

Riža. 3.4. Shema energetskih razina helija i neona.

Razmotrimo generaciju karakterističnu za takav laser.

sl.3.5. Generacijske karakteristike helij-neonskog lasera.

Početni porast izlazne snage s porastom struje pumpe objašnjava se inverzijom naseljenosti. Nakon postizanja maksimalne snage, krivulja se počinje smanjivati ​​s daljnjim povećanjem struje crpke. To se objašnjava činjenicom da razine 2p i 1s nemaju vremena za opuštanje; elektroni nemaju vremena prijeći na nisku energetsku razinu i broj elektrona u susjednim 2p i 1s razinama postaje isti. U ovom slučaju nema inverzije.

Učinkovitost helij-neonskih lasera je reda veličine 0,1%, što se objašnjava malom volumenskom gustoćom pobuđenih čestica. Tipična izlazna snaga On-Ne-laser P~5-50 mW, divergencija q~1 mrad.

Argonski laser

Ovo su najjači CW laseri u vidljivom i bliskom ultraljubičastom području spektra u odnosu na ionske plinske lasere. Gornja laserska razina u radnom plinu je naseljena zbog dva uzastopna sudara elektrona tijekom električnog pražnjenja. U prvom sudaru iz neutralnih atoma nastaju ioni, a u drugom se ti ioni pobuđuju. Stoga je pumpanje dvostupanjski proces, od kojih je učinkovitost svakog proporcionalna gustoći struje. Za učinkovito pumpanje potrebne su dovoljno velike gustoće struje.

Dijagram razine laserske energije uključen Ar + prikazano na sl. 3.3. Laserska emisija u linijama između 454,5 nm i 528,7 nm javlja se kada je skupina razina naseljena 4p pobudom udarom elektrona osnovnih ili metastabilnih stanja Ar +.

3,5 CO 2 laser

Molekularni CO 2-Laseri su najjači cw laseri među plinskim laserima, zbog najveće učinkovitosti pretvaranja električne energije u energiju zračenja (15-20%). Generiranje lasera događa se na vibracijsko-rotacijskim prijelazima, a linije emisije ovih lasera su u dalekom infracrvenom području, koje se nalaze na valnim duljinama od 9,4 μm i 10,4 μm.

NA CO 2 Laser koristi mješavinu plinova CO 2, N 2 i On. Pumpanje se provodi izravno tijekom sudara molekula CO 2 s elektronima i vibracijski pobuđenim molekulama N 2. Visoka toplinska vodljivost He u smjesi potiče hlađenje CO 2, što dovodi do iscrpljivanja niže laserske razine naseljene kao rezultat toplinske pobude. Dakle, prisutnost N 2 u smjesi pridonosi visokoj naseljenosti gornje laserske razine i prisutnosti On– iscrpljivanje niže razine, a kao rezultat toga zajedno dovode do povećanja inverzije naseljenosti. Dijagram energetskih razina CO 2-laser je prikazan na sl. 3.4. Generiranje lasera provodi se tijekom prijelaza između vibracijskih stanja molekule CO 2 n 3 1. lipnja ili n 3 2. lipnja s promjenom rotacijskog stanja.

Riža. 3.4. Dijagram energetskih razina N 2 i CO 2 u CO 2-laser.

CO 2 Laser može raditi u kontinuiranom i pulsirajućem načinu rada. U kontinuiranom načinu rada, njegova izlazna snaga može doseći nekoliko kilovata.