เลเซอร์ไอออนแก๊ส เลเซอร์อาร์กอนไอออน เลเซอร์ไอออนก๊าซเฉื่อย

ท่อจ่ายก๊าซถูกวางไว้ในเครื่องสะท้อนแสงซึ่งประกอบขึ้นจากกระจกที่มีการเคลือบสัญญาณรบกวน กระจกได้รับการแก้ไขในหน้าแปลน การออกแบบที่ช่วยให้สามารถหมุนกระจกในระนาบตั้งฉากกันสองระนาบระหว่างการปรับโดยการหมุนสกรูปรับ ส่วนผสมของก๊าซตื่นเต้นโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าความถี่สูงจากแหล่งจ่ายไฟไปยังอิเล็กโทรด แหล่งจ่ายไฟเป็นเครื่องกำเนิดความถี่สูงที่สร้างการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความถี่ 30 MHz โดยใช้กำลังหลายสิบวัตต์

แหล่งจ่ายไฟเลเซอร์แก๊สแพร่หลาย ดี.ซีที่แรงดันไฟฟ้า 1,000...2000 V ได้โดยใช้วงจรเรียงกระแสที่มีความเสถียร ในกรณีนี้ท่อจ่ายแก๊สจะมีแคโทดและแอโนดแบบร้อนและเย็น ในการจุดไฟคายประจุในหลอด จะใช้อิเล็กโทรดซึ่งใช้แรงดันพัลส์ประมาณ 12 kV แรงดันไฟฟ้านี้ได้มาจากการคายประจุตัวเก็บประจุที่มีความจุ 1...2 μF ผ่านขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงพัลส์

ข้อดีของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนคือความสอดคล้องของการแผ่รังสี การใช้พลังงานต่ำ (8...10 W) และขนาดที่เล็ก ข้อเสียเปรียบหลักคือประสิทธิภาพต่ำ (0.01...0.1%) และกำลังขับต่ำ ไม่เกิน 60 mW เลเซอร์เหล่านี้สามารถทำงานในโหมดพัลซิ่งได้หากใช้แรงดันไฟฟ้าพัลส์แอมพลิจูดสูงที่มีระยะเวลาสองสามไมโครวินาทีในการกระตุ้น พื้นที่หลัก การประยุกต์ใช้จริงเลเซอร์ฮีเลียมนีออน – การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการวัด

เลเซอร์ไอออนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือเลเซอร์อาร์กอนคลื่นต่อเนื่องที่ความยาวคลื่น 0.48 μm ไอออนของอาร์กอนถูกสร้างขึ้นในเซลล์อันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม Ag II ที่เป็นกลางโดยกระแส ความหนาแน่นสูง(~10 3 แอมแปร์/ซม.3)

การผกผันของประชากรในเลเซอร์ดังกล่าวระหว่างส่วนบน (4 พี) และระดับการทำงานที่ต่ำกว่า (4 วินาที) ถูกสร้างขึ้นในลักษณะนี้ ระดับ 4 พีซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเมื่อเทียบกับระดับ 4s จะถูกเติมด้วยไอออนอาร์กอนเนื่องจากการชนกับอิเล็กตรอนเร็วในการปล่อยก๊าซเนื่องจากการเปลี่ยนไอออนที่ถูกกระตุ้นจากกลุ่มของระดับที่อยู่เหนือ 5 พี- ในเวลาเดียวกันระดับ 5 พีครอบครองอย่างมาก เวลาอันสั้นชีวิตจะหมดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการคืนไอออนกลับสู่สถานะพื้นดิน เนื่องจากมี 5 ระดับ พี, 5ส, 4 พีประกอบด้วยกลุ่มของระดับย่อย การสร้างสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันที่ความยาวคลื่นหลายช่วง: ตั้งแต่ 0.45 ถึง 0.515

ปัจจุบัน เลเซอร์อาร์กอนไอออนเป็นแหล่งรังสีต่อเนื่องต่อเนื่องที่ทรงพลังที่สุดในช่วงอัลตราไวโอเลตและช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ การใช้เลเซอร์อาร์กอนกำลังสูงอย่างแพร่หลายถูกขัดขวางด้วยต้นทุนที่สูง ความซับซ้อน ประสิทธิภาพต่ำ (~0.1%) และการใช้พลังงานสูง (3...5 kW)

ภาพรวมประวัติศาสตร์โดยย่อ

การคำนวณครั้งแรกเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้างเลเซอร์และสิทธิบัตรแรกที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์แก๊สเป็นหลัก เนื่องจากวงจร ระดับพลังงานและสภาวะการกระตุ้นในกรณีนี้จะเข้าใจได้ดีกว่าสารที่อยู่ในสถานะของแข็ง อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ทับทิมถูกค้นพบก่อน แม้ว่าเลเซอร์แก๊สจะถูกสร้างขึ้นหลังจากนั้นไม่นานก็ตาม ปลายปี 1960 Javan, Bennett และ Herriott ได้สร้างเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนที่ทำงานในบริเวณอินฟราเรดที่เส้นจำนวนหนึ่งในพื้นที่ 1 ไมครอน ในอีกสองปีข้างหน้า เลเซอร์ฮีเลียม-นีออนได้รับการปรับปรุง และค้นพบเลเซอร์ก๊าซอื่นๆ ที่ทำงานในรูปแบบอินฟราเรด รวมถึงเลเซอร์ที่ใช้ก๊าซมีตระกูลอื่นๆ และออกซิเจนอะตอมมิก อย่างไรก็ตาม ความน่าสนใจสูงสุดในเลเซอร์แก๊สเกิดจากการค้นพบการสร้างเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนที่เส้นสีแดง 6328 A ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างจากเงื่อนไขเพียงเล็กน้อยจากเงื่อนไขที่ได้รับในเลเซอร์แก๊สตัวแรก การได้รับเลเซอร์ในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมกระตุ้นความสนใจไม่เพียงแต่ในการค้นหาการเปลี่ยนประเภทนี้เพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้งานเลเซอร์ด้วย เนื่องจากมีการค้นพบปรากฏการณ์ใหม่และที่ไม่คาดคิดมากมาย และลำแสงเลเซอร์ได้รับการใช้งานใหม่ในฐานะเครื่องมือในห้องปฏิบัติการ สองปีหลังจากการเปิดตัวรุ่นบนบรรทัด 6328 A นั้นอิ่มตัวแล้ว จำนวนมากการปรับปรุงทางเทคนิคมุ่งเป้าไปที่การได้รับพลังงานที่มากขึ้นและความกะทัดรัดที่มากขึ้นของเลเซอร์ประเภทนี้ ขณะเดียวกัน การค้นหาความยาวคลื่นใหม่ยังคงดำเนินต่อไป และอินฟราเรดจำนวนมากและการเปลี่ยนผ่านใหม่หลายครั้งในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมก็ถูกค้นพบ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการค้นพบการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์แบบพัลซ์ในโมเลกุลไนโตรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ของ Mathias

มากที่สุดต่อไป ขั้นตอนสำคัญการพัฒนาเลเซอร์เห็นได้ชัดว่าเกิดจากการค้นพบของเบลล์เมื่อปลายปี พ.ศ. 2506 เลเซอร์ทำงานกับไอออนของปรอท แม้ว่าเลเซอร์ไอออนปรอทเองไม่สามารถดำเนินชีวิตตามความหวังเริ่มแรกในการสร้างพลังงาน CW สูงในบริเวณสีแดงและสีเขียวของสเปกตรัม การค้นพบนี้บ่งชี้ถึงโหมดการปล่อยใหม่ซึ่งสามารถตรวจจับการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์ในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม การค้นหาการเปลี่ยนผ่านดังกล่าวยังดำเนินการร่วมกับไอออนอื่นๆ อีกด้วย ไม่นานนักก็ค้นพบว่าอาร์กอนไอออนนั้น แหล่งที่ดีที่สุดการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์ที่มีกำลังสูงในบริเวณที่มองเห็น และสามารถรับเลเซอร์ได้จากการเปลี่ยนผ่านในโหมดต่อเนื่อง การปรับปรุงเพิ่มเติมในเลเซอร์อาร์กอนแบบคลื่นต่อเนื่องส่งผลให้มีกำลังสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในบริเวณที่มองเห็นได้ ผลจากการค้นหา พบว่าเจนเนอเรชั่นถูกค้นพบที่การเปลี่ยนผ่านไอออนิก 200 ครั้ง โดยเน้นที่ส่วนที่มองเห็นได้เป็นหลักและในส่วนอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมด้วย ดูเหมือนว่าการค้นหาดังกล่าวยังไม่สิ้นสุด ในวารสารฟิสิกส์ประยุกต์และใน นิตยสารด้านเทคนิครายงานการสร้างที่ความยาวคลื่นใหม่มักจะปรากฏขึ้น

ในขณะเดียวกัน การปรับปรุงด้านเทคนิคของเลเซอร์ก็ขยายตัวอย่างรวดเร็ว โดยขจัดกลอุบายมหัศจรรย์ของการออกแบบเลเซอร์ฮีเลียมนีออนและก๊าซอื่นๆ ในยุคแรกๆ ออกไป การวิจัยของเบนเน็ตต์เกี่ยวกับเลเซอร์ดังกล่าวดำเนินต่อไปจนกระทั่งเลเซอร์ฮีเลียมนีออนถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถติดตั้งบนโต๊ะธรรมดาได้อย่างมั่นใจว่าเลเซอร์จะทำงานตามที่คาดหวังเมื่อได้รับการออกแบบ เลเซอร์อาร์กอนไอออนยังไม่ได้รับการศึกษาเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ผลงานต้นฉบับจำนวนมากของ Gordon Bridges ทำให้สามารถคาดการณ์พารามิเตอร์ที่เป็นไปได้ของเลเซอร์ดังกล่าวได้ภายในขอบเขตที่เหมาะสม

ตลอดทั้ง ปีที่แล้วมีตัวเลขปรากฏขึ้น ผลงานที่น่าสนใจมีไว้สำหรับเลเซอร์แก๊ส แต่ยังเร็วเกินไปที่จะระบุค่าสัมพัทธ์ของเลเซอร์ ความสำเร็จที่สำคัญที่สุดคือการค้นพบโดย Patel เกี่ยวกับการสร้างการปล่อยก๊าซกระตุ้นใน CO2 ที่แถบความถี่ 1.6 μ ที่มีประสิทธิภาพสูง กำลังขับของเลเซอร์เหล่านี้สามารถเพิ่มเป็นหลายร้อยวัตต์ซึ่งสัญญาว่าจะเปิดพื้นที่ใหม่ของการใช้งานเลเซอร์
รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้:

พจนานุกรมสารานุกรมนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์ (หัวหน้าบรรณาธิการ Migdal A.B.)

มอสโก "การสอน" 2534

น.เอ็ม. Shakhmaev, S.N. Shakhmaev, D.Sh. Chodiev "ฟิสิกส์ 11"

มอสโก "การตรัสรู้" 2536

O.F. Kabardin "ฟิสิกส์" มอสโก "การตรัสรู้" 2531

“ เลเซอร์แก๊ส” (ed. N.N. Sobolev) มอสโก “เมียร์” 2511

“ พื้นฐานของเทคโนโลยีเลเซอร์” Bayborodin Yu. 2nd ed., K.: 1988, 383 p.

การผกผันของประชากรในเลเซอร์ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบที่แตกต่างกัน ส่วนใหญ่แล้วการฉายรังสีด้วยแสง (การปั๊มด้วยแสง), การปล่อยกระแสไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า,ปฏิกิริยาเคมี

เพื่อที่จะย้ายจากโหมดการขยายไปยังโหมดการสร้างแสง เลเซอร์จะใช้เช่นเดียวกับในเครื่องกำเนิดใดๆ ข้อเสนอแนะ- การตอบสนองในเลเซอร์จะดำเนินการโดยใช้ตัวสะท้อนแสง ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดคือกระจกคู่ขนาน

แผนผังของเลเซอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 6. ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ ตัวสะท้อนเสียง และแหล่งกำเนิดปั๊ม

เลเซอร์ทำงานดังนี้ ขั้นแรก แหล่งกำเนิดปั๊ม (เช่น ไฟแฟลชทรงพลัง) ซึ่งทำหน้าที่กับสารทำงาน (องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่) ของเลเซอร์ จะสร้างการผกผันของประชากรในนั้น จากนั้นตัวกลางที่กลับหัวจะเริ่มเปล่งควอนตัมแสงออกมาอย่างเป็นธรรมชาติ ภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง กระบวนการกระตุ้นการปล่อยแสงเริ่มต้นขึ้น เนื่องจากการผกผันของจำนวนประชากร กระบวนการนี้จึงมีลักษณะเหมือนหิมะถล่ม และนำไปสู่การขยายแสงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล กระแสแสงที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางด้านข้างจะออกจากองค์ประกอบที่ทำงานอยู่อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องมีเวลารับพลังงานจำนวนมาก ในเวลาเดียวกัน คลื่นแสงที่แพร่กระจายไปตามแกนของเครื่องสะท้อนกลับผ่านองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ซ้ำ ๆ และได้รับพลังงานอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการส่งผ่านแสงบางส่วนโดยกระจกสะท้อนกลับ การแผ่รังสีจึงถูกดึงออกมาจนเกิดเป็นลำแสงเลเซอร์

รูปที่ 6. แผนผังของเลเซอร์ 1- องค์ประกอบที่ใช้งาน; 2- ระบบสูบน้ำ;

3- ตัวสะท้อนแสง; 4 - สร้างรังสี

§5 การออกแบบและการทำงานของเลเซอร์ฮีเลียมนีออน

รูปที่ 7 แผนผังของฮีเลียม - เลเซอร์นีออน

1) เลเซอร์ประกอบด้วยท่อจ่ายก๊าซ T ที่มีความยาวตั้งแต่หลายสิบซม. ถึง 1.5-2 ม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 7-10 มม. หลอดนี้เต็มไปด้วยส่วนผสมของฮีเลียม (ความดัน ~ 1 มม. ปรอท) และนีออน (ความดัน ~ 0.1 มม. ปรอท) ปลายของท่อปิดด้วยกระจกระนาบขนานหรือแผ่นควอทซ์ P1 และ P2 ติดตั้งที่มุม Brewster กับแกน สิ่งนี้จะสร้างโพลาไรเซชันเชิงเส้นของการแผ่รังสีเลเซอร์โดยมีเวกเตอร์ไฟฟ้าขนานกับระนาบตกกระทบ กระจกเงา S 1 และ S 2 ซึ่งอยู่ระหว่างที่วางท่อ มักจะทำเป็นทรงกลมพร้อมการเคลือบอิเล็กทริกหลายชั้น มีการสะท้อนแสงสูงและในทางปฏิบัติไม่ดูดซับแสง การส่งผ่านของกระจกซึ่งรังสีเลเซอร์ออกไปส่วนใหญ่มักจะอยู่ที่ 2% ส่วนอีกอัน - น้อยกว่า 1% ใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ 1-2 kV ระหว่างอิเล็กโทรดของท่อ แคโทด K ของหลอดสามารถเย็นได้ แต่เพื่อเพิ่มกระแสคายประจุก็จะใช้หลอดที่มีขั้วบวกทรงกระบอกกลวงซึ่งแคโทดจะถูกให้ความร้อนโดยแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำ กระแสไฟฟ้าในท่อจ่ายกระแสได้หลายสิบมิลลิแอมป์ เลเซอร์จะสร้างแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 632.8 นาโนเมตร และยังสามารถสร้างรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 1.15 และ 3.39 ไมครอนได้อีกด้วย (ดูรูปที่ 2) แต่จำเป็นต้องมีกระจกมองข้างที่โปร่งใสต่อแสงอินฟราเรดและกระจกที่มีการสะท้อนแสงสูงในบริเวณอินฟราเรด

2). เลเซอร์ใช้การปล่อยก๊าซกระตุ้นเพื่อสร้างคลื่นแสงที่สอดคล้องกัน แนวคิดนี้แสดงออกมาครั้งแรกในปี พ.ศ. 2500 โดย A.M. โปรโครอฟ, N.G. Basov และ C. Towns โดยเป็นอิสระจากพวกเขา ถึง สารออกฤทธิ์เปลี่ยนเลเซอร์ให้เป็นเครื่องกำเนิดการสั่นสะเทือนของแสงซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการตอบรับ ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของแสงที่ปล่อยออกมาจะต้องกลับไปยังโซนของสารออกฤทธิ์อย่างต่อเนื่องและทำให้เกิดการปล่อยอะตอมใหม่ที่ถูกกระตุ้นมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ สารออกฤทธิ์จะถูกวางไว้ระหว่างกระจกเงา S 1 และ S 2 สองตัว (ดูรูปที่ 7) ซึ่งเป็นองค์ประกอบป้อนกลับ รังสีของแสงที่ได้รับการสะท้อนหลายครั้งจากกระจก S 1 และ S 2 จะผ่านสารออกฤทธิ์หลายครั้งในขณะที่มีความเข้มข้นมากขึ้นอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนผ่านที่บังคับจากระดับพลังงานสูงสุด" 3 ไปเป็นระดับที่สูงกว่า ระดับต่ำ " 1. ได้รับการสะท้อนกลับแบบเปิดโดยที่กระจกช่วยให้แน่ใจว่าฟลักซ์แสงในตัวกลางที่ใช้งานอยู่หลายทาง (และด้วยเหตุนี้จึงขยาย) ในเลเซอร์จริง ส่วนหนึ่งของแสงจะต้องถูกปล่อยออกมาเพื่อใช้งาน ตัวกลางที่ทำงานอยู่ด้านนอก เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวหนึ่งจากกระจก เช่น S 2 จะถูกทำให้โปร่งแสง

เครื่องสะท้อนดังกล่าวจะไม่เพียงแต่ขยายแสงเท่านั้น แต่ยังปรับเทียบและปรับสีเดียวอีกด้วย เพื่อความง่าย ก่อนอื่นเราถือว่ามิเรอร์ S 1 และ S 2 นั้นเหมาะสมที่สุด จากนั้นรังสีที่ขนานกับแกนทรงกระบอกจะทะลุผ่านสารออกฤทธิ์ไปมาไม่จำกัดจำนวนครั้ง อย่างไรก็ตาม รังสีที่เคลื่อนที่ในแนวเฉียงจะชนผนังด้านข้างของทรงกระบอกในที่สุด ซึ่งรังสีจะกระจัดกระจายหรือออกไป ดังนั้น จึงชัดเจนว่ารังสีที่แพร่กระจายขนานกับแกนทรงกระบอกจะถูกขยายให้ใหญ่สุด สิ่งนี้อธิบายการคอลลิเมตของรังสี แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับรังสีคู่ขนานอย่างเคร่งครัด สิ่งนี้ถูกป้องกันโดยการเลี้ยวเบนของแสง โดยหลักการแล้ว มุมการเบนออกของรังสีต้องไม่ต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน  ดี, ที่ไหน ดี- ความกว้างของลำแสง อย่างไรก็ตาม ในแก๊สเลเซอร์ที่ดีที่สุด เกือบจะถึงขีดจำกัดแล้ว

ให้เราอธิบายว่าแสงสีเดียวเกิดขึ้นได้อย่างไร อนุญาต ซี- ความยาวเส้นทางแสงระหว่างกระจก ถ้า 2 ซี= ม นั่นคือตามความยาว ซีถ้าจำนวนเต็มของครึ่งคลื่น m พอดี คลื่นแสงที่ออกจาก S 1 หลังจากผ่านไปกลับมาจะกลับไปเป็น S 1 ในเฟสเดียวกัน คลื่นดังกล่าวจะรุนแรงขึ้นในช่วงที่สองและต่อมาทั้งหมดผ่านสารออกฤทธิ์ในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ ความยาวคลื่นที่ใกล้ที่สุด  ซึ่งควรจะเกิดการปรับปรุงแบบเดียวกันนั้นสามารถหาได้จากเงื่อนไข 2 ซี=(ม 1)( ). เพราะฉะนั้น,  =  / มนั่นคือ  ตามที่ใครๆ คาดไว้ เกิดขึ้นพร้อมกันกับบริเวณสเปกตรัมของอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Fabry-Perot ตอนนี้ให้เราคำนึงว่าระดับพลังงาน " 3 และ  " 1 และเส้นสเปกตรัมที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนผ่านระหว่างกันนั้นไม่ได้บางอย่างไม่สิ้นสุด แต่มีความกว้างที่จำกัด สมมติว่าความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมนั้นน้อยกว่าบริเวณที่กระจัดกระจายของอุปกรณ์ จากนั้น เงื่อนไขของความยาวคลื่นทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากอะตอม 2 ซี= ม สามารถตอบสนองความยาวคลื่นได้เพียงช่วงเดียวเท่านั้น  - คลื่นดังกล่าวจะรุนแรงขึ้นมากที่สุด สิ่งนี้นำไปสู่การทำให้เส้นสเปกตรัมที่เกิดจากเลเซอร์แคบลง ซึ่งก็คือ การทำให้แสงเป็นสีเดียว

คุณสมบัติพื้นฐานของลำแสงเลเซอร์:

สีเดียว;

การเชื่อมโยงกันเชิงพื้นที่และเชิงเวลา

ความเข้มสูง

ความแตกต่างของไฟต่ำ

เนื่องจากมีความสอดคล้องกันสูง เลเซอร์ฮีเลียม-นีออนจึงทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกรงค์เดียวต่อเนื่องที่ดีเยี่ยมสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนทุกชนิด ซึ่งการดำเนินการกับแหล่งกำเนิดแสงแบบเดิมๆ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ

เลเซอร์ไอออน

เลเซอร์ไอออนเป็นเลเซอร์แก๊สประเภทหนึ่งที่ระดับบนสุดเกิดจากการชนกันสองครั้งติดต่อกันกับอิเล็กตรอนในการปล่อยประจุไฟฟ้า (อิออไนเซชัน + การกระตุ้น) พลังงานไอออนมีมากกว่าอะตอม ดังนั้นเลเซอร์ไอออนจึงสร้างขึ้นในบริเวณที่มองเห็นได้และบริเวณ UV ของสเปกตรัม

เนื่องจากความหนาแน่นกระแสสูงในท่อระบาย จึงสามารถสูบไอออนไปที่แคโทดได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีบายพาสเพิ่มเติม เพื่อป้องกันไม่ให้ท่อถูกทำลายเมื่อถูกโจมตีด้วยไอออนเร็ว ท่อจึงทำจากเซรามิกและวางไว้ในสนามแม่เหล็กตามยาวที่สร้างโดยโซลินอยด์ อนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่ในแนวรัศมีจะได้รับผลกระทบจากแรงลอเรนซ์ ผลก็คือ วิถีการเคลื่อนที่ของพวกมันจะโค้ง ส่งผลให้อัตราการแพร่ของประจุไปที่ผนังลดลง ตัวอย่างคือเลเซอร์อาร์กอนที่สร้างในบริเวณที่มองเห็นได้บนเส้น l 1 = 488 im (สีน้ำเงิน) และ l 2 = 514.5 im (สีเขียว)

เมื่อออกแบบอุปกรณ์ส่งสัญญาณ ระบบแสงวิศวกรด้านการสื่อสารเผชิญกับความจำเป็นในการเลือกแหล่งกำเนิดรังสีอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นคือเครื่องกำเนิดควอนตัมเชิงแสง ทางเลือกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะของการใช้ระบบสื่อสาร: ตำแหน่งของมัน (ภาคพื้นดินหรืออวกาศตัวเลือกมือถือหรือเครื่องเขียน) ช่วงสเปกตรัมของการทำงานโหมดพัลส์หรือต่อเนื่องกำลังขับที่ต้องการความแตกต่างของลำแสงที่ต้องการและความเสถียรของความถี่ ประสิทธิภาพของเครื่องส่งสัญญาณ อายุการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการบริการระบบอายุการใช้งาน ประเภทของการปรับและการรับสัญญาณ ความจำเป็นในการคำนึงถึงบรรยากาศ ฯลฯ ต้องคำนึงถึงปัจจัยแต่ละประการเหล่านี้ด้วย จากการพิจารณาโดยทั่วไป สามารถให้คำแนะนำต่อไปนี้: .

เลเซอร์แก๊สมีเอกรงค์เดี่ยวและความเสถียรของความถี่สูง เช่นเดียวกับมุมที่แตกต่างของลำแสงขนาดเล็ก สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดต่อเนื่องและโหมดพัลซิ่งด้วยอัตราการทำซ้ำสูง ข้อเสียของเลเซอร์แก๊สคือประสิทธิภาพต่ำ (ไม่รวมเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์) และมีขนาดค่อนข้างใหญ่ เลเซอร์โซลิดสเตตมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานพัลส์สูงและความสามารถในการรับพัลส์ในระยะเวลาสั้นมาก อย่างไรก็ตามข้อเสียโดยธรรมชาติ - ประสิทธิภาพต่ำและความยากลำบากในการดำเนินการต่อเนื่อง - จำกัด การใช้งานในระบบสื่อสารในระดับหนึ่ง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก และสามารถปรับกระแสของปั๊มได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม สเปกตรัมที่กว้างมากของสัญญาณเอาท์พุตและมุมที่แตกต่างของลำแสงขนาดใหญ่ ขัดขวางการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบสื่อสารด้วยแสง

ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบการสื่อสารด้วยแสงแบบบรอดแบนด์คือเลเซอร์ฮีเลียมนีออน เลเซอร์อาร์กอนไอออน YAG: Nd 3+ (ในโหมดหลักหรือมีการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า) และเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ในระบบสื่อสารที่มีกำลังน้อยกว่า 100 mW ซึ่งขนาดของเลเซอร์และประสิทธิภาพต่ำไม่เป็นข้อจำกัดของปัจจัย เลเซอร์ฮีเลียมนีออนที่มีคุณสมบัติสเปกตรัมที่ดี ความแตกต่างของลำแสงต่ำ และอายุการใช้งานที่ยาวนานเป็นที่ยอมรับได้ ในระบบสื่อสารที่มีกำลังเอาต์พุตมากกว่า 100 mW เลเซอร์อาร์กอนไอออน, YAG: Nd 3+ และ CO 2 ถือว่าเหมาะสมที่สุด เลเซอร์สองตัวแรกถึงแม้จะมีประสิทธิภาพต่ำ แต่ก็สามารถนำไปใช้ในระบบสื่อสารหลายช่องสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ปริมาณงานซึ่งทำงานในโหมดการมอดูเลตรหัสพัลส์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เลเซอร์จะต้องปล่อยแสงในโหมดล็อคโหมด อุปสรรคสำคัญต่อการใช้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์อย่างแพร่หลาย ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงและให้กำลังเอาต์พุตในระดับที่ต้องการ คือความจำเป็นในการพัฒนาเครื่องตรวจจับแสงแบบบรอดแบนด์ที่มีการระบายความร้อนเพื่อรับรังสีที่มีความยาวคลื่น 10.6 μm อุปสรรคนี้ก็สามารถเอาชนะไปได้สำเร็จแล้ว

• ตามประเภทของสื่อที่ใช้งานอยู่:

โอ สถานะของแข็ง;

โอ แก๊ส;

โอ ของเหลว;

โอ เซมิคอนดักเตอร์;

โอ พลาสมา

• ตามประเภทของการสูบน้ำ:

ประเภทของการสูบน้ำ:

หรือแสง;

o การปล่อยกระแสไฟฟ้าในก๊าซ

o อิเล็กโทรไลเซชัน;

o ความร้อน (แก๊สไดนามิก);

หรือสารเคมี

2. เลเซอร์โซลิดสเตต

เลเซอร์โซลิดสเตตคือเลเซอร์ที่ใช้อิเล็กทริกแบบผลึกหรืออสัณฐาน

คุณสมบัติหลักของเลเซอร์โซลิดสเตต:

• ความเข้มข้นของอนุภาคสูง: สูงถึง 10 19 และสูงถึง 10 21 cm -3;
• การใช้พลังงานจำเพาะสูง
• การเลเซอร์ที่ความยาวสั้น
• ความสม่ำเสมอของแสง (ต่ำกว่าเลเซอร์แก๊ส);
• ความกว้างของเส้นเรืองแสง (หน่วย A° – สิบ A°)
• การสูบน้ำประเภทหลักคือการสูบน้ำแบบออปติก

สื่อที่ใช้งานของเลเซอร์โซลิดสเตต:

เมทริกซ์ (ฐาน) + แอคติเวเตอร์ (สารผสม)

ตัวกระตุ้นโดยปกติจะมีตั้งแต่เศษส่วนจนถึงหลายเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับเมทริกซ์

หลักการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตต

ในระบบ 2 ระดับ การปั๊มแบบออปติคัลไม่สามารถสร้างการผกผันได้

ในทางปฏิบัติจะใช้ระบบระดับ 3 หรือ 4 ระดับ

หลายระดับสามารถใช้เป็นระดับ 3 ในโครงการ 3 ระดับ และระดับ 4 ในโครงการ 4 ระดับ

วงจร 4 ระดับมีเกณฑ์การสร้างที่ต่ำกว่า

เช่น เมทริกซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้สารหลายประเภทโดยเฉพาะเกลือของทังสเตน, โมลิบดิกและกรดไฮโดรฟลูออริก (H 2 WO 4, H 2 MoO 4, HF), คอรันดัม Al 2 O 3, อิตเทรียมโกเมน Y3Me5O12(ที่ไหน ฉัน – อัล, ลูกบาศ์ก, เฟ) เช่น Y 3 Al 5 O 12 – YAG แก้วที่มีองค์ประกอบหลากหลาย

เช่น ตัวกระตุ้น – โครเมียม โคบอลต์ นิกเกิล ไทเทเนียม รวมถึงธาตุหายากหลายชนิด

ตัวอย่างของสื่อเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ:

อัล 2 O 3:Cr 3+; ใช่ 3 อัล 5 O 12:และ 3+ ; แคลิฟอร์เนีย:Nd 3+- กระจก: ครั้งที่ 3+ฯลฯ (ดูหนังสืออ้างอิง)

องค์ประกอบที่ใช้งานของเลเซอร์โซลิดสเตตมี รูปทรงต่างๆ:

รูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดคือ ก)

ระบบปั๊มแสงสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตต

ระบบปั๊มแสง ออกแบบมาเพื่อสร้างการผกผันในสภาพแวดล้อมที่ใช้งานอยู่

ใช้ทั้งการปั๊มแบบต่อเนื่อง (เลเซอร์) และการปั๊มแบบไม่ต่อเนื่องกัน (หลอดไฟ)

ในกรณีที่การสูบน้ำไม่ต่อเนื่องกัน (หลอดไฟ) ระบบการสูบน้ำแบบออปติกจะประกอบด้วย แหล่งกำเนิดรังสีแสง(โคมไฟพิเศษ), ไฟส่องสว่าง(ตัวสะท้อนแสง) และ แหล่งจ่ายไฟฟ้าป้อนแหล่งกำเนิดรังสีแสง

ตัวอย่างเช่น ระบบปั๊มแบบออปติกอาจรวมถึง องค์ประกอบต่อไปนี้:

1. เพิ่มทรานซิสเตอร์
2. วงจรเรียงกระแส;
3. ความจุ (ที่เก็บข้อมูลแบบ capacitive);
4. โคมไฟสูบน้ำ;
5. ไฟส่องสว่าง;
6. ระบบจุดระเบิดไฟแฟลช
7. องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่

มีการใช้ไฟแฟลชแบบพิเศษเช่นเดียวกับไฟต่อเนื่อง

พลังงานของปั๊มไม่ควรเกินพลังงานสูงสุดสำหรับหลอดไฟ

คุณค

ระบบจุดระเบิด ( 6 ) ควบคุมช่วงเวลาที่การปั๊ม (การคายประจุในหลอดไฟ) เริ่มต้นขึ้น