|
Рассуждать станем так. Каким-то способом, каким — пока не знаем, нам удалось получить газ с инверсией населенностей. Выпустим струю из такого газа, и пусть эта струя проходит в промежутке между двумя зеркалами, благодаря чему и создается лазерное излучение. Газ при этом нагревается, но он тут же выходит из рабочего объема и поэтому нашей конструкции не грозит разрушение от перегрева. Отработавший газ выбрасывать не жалко — после вынужденного излучения атомы в нем вернулись в основные состояния, и он больше не представляет собой активное вещество. Получается совсем неплохо. Один и тот же газ используется и для излучения, и для охлаждения. Но как сделать газ активным, создать в нем инверсию населенностей? Мы хотим построить мощный лазер, значит, плотность газа должна быть достаточно большой и методы механического разделения здесь не подходят. Атомы газа в отличие от атомов твердого тела непрерывно перемещаются в пространстве и взаимодействуют друг с другом. В процессе такого взаимодействия происходит непрерывный обмен энергиями. Поэтому в газе все уровни заселены в соответствии с законом распределения, и нельзя выделить отдельные трехуровневые системы, как в твердом теле. В известном смысле из всех состояний вещества газообразное меньше всего подходит для создания инверсии населенностей. Недаром объем с газом всегда используется как классический пример при рассуждениях о распределении по энергиям. И все же на сегодня наибольшая мощность да еще в режиме непрерывного действия достигнута именно у газовых лазеров. Как это делается? Используется не один, а смесь двух газов, например азота и углекислого газа. С помощью накачки молекулы азота переводятся в возбужденное состояние. Накачка может быть любой, в частности оптической, но по многим соображениям удобнее всего использовать для накачки электрический разряд в газе. Далее вводится в действие такой механизм. Молекулы азота возбуждаются и переводятся на один из самых высоких энергетических уровней. Все эти уровни близки (чуть выше) к одному из метастабильных уровней молекул углекислого газа. Молекулы азота и углекислого газа взаимодействуют между собой, в результате происходит обмен энергиями и большое количество молекул углекислого газа оказывается на метастабилыюм уровне» Возникает инверсия населенностей, а дальше все уже известно. Лазерное горючее Рассказывая о конструкции газового лазера, мы использовали слова «отработавший газ». Здесь напрашивается тесная аналогия с сжиганием топлива. Газовая смесь, находящаяся в состоянии активного вещества, обладает определенным запасом энергии. В процессе вынужденного излучения топливо «сгорает», иначе говоря, избыток энергии преобразуется в излучение. В результате сгорания, кроме излучения, получается и отработавшее, лишенное избытка энергии вещество, так сказать, выхлоп, который и выводится за пределы рабочего объема. — 132 —
|