Система накачування активного середовища

Щоб одержати вимушене випромінювання, необхідно у великій кількості часток ктивного середовища створити інверсну населеність рівнів - "накачати" середовище. Це досягається трьома способами: оптичним накачуванням, електронним збудженням і резонансним

переносом енергії. Оптичне накачування засноване на переводі електронів на більш високі енергетичні рівні при поглинанні світла від допоміжного джерела. У якості останнього частіше застосовуються лампи-спалахи або лампи безперервного горіння, у яких розрядний електричний струм формує високотемпературну плазму, що випромінює електромагнітну енергію в широкому діапазоні довжин хвиль. Щоб забезпечити ефективну передачу енергії спалаху лампи накачування активному середовищу лазера, лампу й лазерний стрижень розташовують паралельно один одному й оточують відбивачем тієї або іншої конструкції. У сучасних генераторних головках (рис 6.3) лампу 1 і стрижень 2 розміщають у паралельних отворах у кварцевих циліндрах 3, зовнішня поверхня яких має дзеркальне, що відбиває (наприклад, металеву фольгу) або інтерференційне покриття, причому останнє селективно відбиває лише ту частину світла, що відповідає спектру поглинання активного середовища. Оптичне накачування частіше застосовується для твердотільних і рідких активних середовищ. Метод створення інверсії населеностей прямим електронним збудженням використовується в газових активних середовищах. Типовим

Рис. 6.4 Схема Не-Ne-лазера

прикладом такого порушення може служити електричний розряд у газі. Електрони, що випускаються катодом, зіштовхуються з атомами й молекулами газу, і їхня кінетична енергія перетвориться в енергію збудження атомів або молекул. Іонізація розрядного проміжку здійснюється від джерела високої напруги. Метод резонансного переносу енергії застосовується для порушення газових активних середовищ, що містять два або більше компоненти із приблизно однаковими верхніми енергетичними рівнями (наприклад, Не й Ne або N). У процесі зіткнень електрони збуджують один з газів.

2 й CO2

Молекули збудженого газу, зіштовхуючись із молекулами іншого газу, передають йому енергію порушення, тим самим переводячи їх на верхній рівень, що й приводить до інверсії населеності. Так, у Не-Ne-лазері (рис. 6.4) електронами збуджується гелій, і він передає енергію порушення неону.

Існують також газодинамичний і хімічний методи накачування, але вони поки не знайшли широкого застосування.

1.2.3. Конструкція генераторної головки твердотільного лазера.

У сучасних лазерах на твердому тілі генераторна головка (рис.6.5) складається з активного середовища 1, лампи накачування 2, відбивача 3, металевого корпуса 4, ущільнень 5 для ерметизації оптичних елементів, кришок 6, 7 й 8 для герметизації лазерного стрижня й лампи накачування,

Рис. 6.5 Конструкція генераторної головки твердотільного лазера

Рис. 6.6 Види резонаторів лазерів

а також штуцерів 9 для підводу й відводу холодоагенту системи охолодження. Деталі конструкції виготовлені з коррозіонностійкого матеріалу або покриті антикорозійними покриттями.

1.2.4. Резонатор (рис. 6.6) складається із двох дзеркал (плоскої або сферичних або їхньої комбінації), на які нанесені інтерференційні покриття, розташовані на відстані, кратній напівхвилі випромінювання, для забезпечення резонатора на частоті генерації. Одне із дзеркал має покриття, що повністю відбиває (100%), інше - напівпрозоре для відбору

енергії з резонатора.

1.2.5. Джерела живлення лазерів складаються із джерела струму, випрямляча й формуючої лінії системи накачування. Блоки живлення

Рис. 6.7 Схема включення елементів (ємностей й індуктивностей) формуючої лінії джерела живлення

працюють в одному із трьох режимів, що визначається максимальною напругою заряду накопичувача (1250, 2500 або 5000 В) з відповідними значеннями зарядного струму. Тип формуючої лінії й схема включення елементів (ємностей й індуктивностей), що входять у її склад визначають взаємозв'язок тривалості імпульсу накачування, його енергії й форми при зміні параметрів напруги живлення (рис. 6.7). З огляду на, що робоча напруга ламп накачування значно нижче напруги їхнього самопробою, до складу системи накачування вводять схему підпалу, що іонізує межелектродний проміжок для формування електричної дуги робочої напруги.

1.2.6. Схема керування роботою лазера призначена для забезпечення роботи всіх елементів лазера в заданому режимі. У серійних установках застосовуються системи керування модулятором (СУМ) стандартного виконання, що входять до складу блоків живлення. СУМ забезпечує заряд накопичувальних конденсаторів в одиночному режимі,

періодичному (діапазон частот 1/20...20 Гц) від внутрішнього або від зовнішнього генератора тактових імпульсів, а також підпалювання лампи накачування на тих же режимах.

1.2.7. Система охолодження генераторної головки.

Найбільш часто в лазерах застосовується водяне охолодження, що складається, як правило, із двох контурів. У внутрішньому контурі циркулює дистильована вода, у зовнішньому (проточному) вона охолоджується.