Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Опишите способ создания инверсной населенности энергетических уровней в лазере на смеси гелия и неона



Смесь газов заключается в герметически запаянной трубке, в которой поддерживается электрический разряд. Внутри плазмы газового разряда находятся движущиеся частицы: атомы и ионы гелия и неона, а также электроны, между которыми происходят взаимодействия. Из этих взаимодействий выделим только существенные для понимания механизма создания инверсной населенности.

Прямое электронное возбуждение атомов идет по схеме

,

где и – быстрый и медленный электроны, – невозбужденный и возбужденный атомы соответственно. Когда процесс идет слева направо, имеем дело с возбуждением атомов и заселением верхних энергетических уровней; в обратном направлении протекает процесс девозбуждения атомов.

Ступенчатое возбуждение (и девозбуждение) атомов:

,

где – дважды возбужденный атом. Вероятность этого процесса заметна при больших плотностях тока в газовой смеси.

Передача энергии возбуждения от атома к атому (обмен энергией):

.

Это процесс имеет резонансный характер, так как вероятность обмена энергией максимальна при совпадении положения уровней атомов на энергетической шкале, и ведет к дополнительному заселению верхних состояний. Теперь обратимся к диаграмме энергетических уровней гелия и неона, которая в упрощенном виде представлена на рис.

 

Прямым электронным ударом заселяются верхние энергетические уровни 2 гелия и 3 неона. Уровень 2 гелия является метастабильным со временем жизни порядка 1 мс, поэтому гелий сохраняет возбужденное состояние вплоть до соударения с атомом неона, который можно считать невозбужденным, поскольку время жизни уровня 3 неона составляет лишь 100 нс. Таким образом, заселение верхнего уровня 3 неона осуществляется фактически за счет обмена энергией с возбужденным атомом гелия. Вероятность такого обмена достаточно велика, поскольку уровни 2 гелия и 3 неона энергетически близки (отличие составляет всего 0.02эВ) и гелия в смеси газов берется в 5…10 раз больше чем неона. Время жизни нижнего лазерного уровня 4 неона на порядок меньше, чем верхнего уровня 3, что облегчает достижение инверсной населенности на переходе . Уровень 4 быстро опустошается за счет спонтанных переходов на лежащий ниже метастабильный уровень 5, который, в свою очередь, расселяется за счет столкновений атомов неона со стенками трубки. При больших токах разряда становится существенным процесс ступенчатого возбуждения атомов неона, в результате которого заселяется энергетический уровень 4 через промежуточный метастабильный уровень 5.



58. Какова роль вспомогательного (буферного) газа в активной среде газовых лазеров?

Рассмотрим лазер на парах кадмия в смеси с гелием, играющим роль вспомогательного газа. Заселение верхних энергетических уровней ионизированного кадмия происходит за счет столкновительного процесса предварительно возбужденного электронным ударом атома гелия с атомом кадмия:

.

Этот процесс, называемый процессом Пеннинга не является резонансным, он идет тем эффективнее, чем больше время жизни возбужденного состояния атома гелия и требует лишь того, чтобы энергия была больше энергии ионизации атома кадмия. На рис. 3.12 показана схема энергетических уровней гелия и кадмия. Метастабильные уровни гелия (вблизи 20Эв) с временем жизни порядка 1мс заселяются посредством электронных соударений, а затем процесс Пеннинга приводит к заселению возбужденных состояний ионов кадмия.

 

Итог. Создание активной среды происходит в два этапа: сначала электроны возбуждают частицы вспомогательного газа, затем эти частицы в процессе неупругих соударений с частицами рабочего газа передают им энергию. В результате этого населяется верхний лазерный уровень. Чтобы хорошо накапливалась энергия, верхний уровень энергии вспомогательного газа должен обладать большим собственным временем жизни. Именно по такой схеме осуществляется инверсия населённостей в гелий-неоновом лазере.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!