ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Формулы (6.4.20) и (6.4.22) дают два фундаментальных соотношения, которые можно использовать для того, чтобы понять многие физические ас­пекты поведения любого газового разряда. Например, теперь можно объяс­нить, почему в устойчивом тлеющем разряде падение напряжения на раз­рядной трубке практически не зависит от протекающего через нее тока (см. рис. 6.20). Действительно, если взять некоторую определенную трубку, заполненную газом, т. е. задаться значениями диаметра трубки и давления газа, то, согласно (6.4.22), необходимая для разряда электронная температу­ра будет определена. Тогда из (6.4.20) видно, что напряженность электриче­ского поля также должна быть фиксирована и, таким образом, не должна зависеть от тока разряда.

Рассмотрим теперь следствия из соотношений (6.4.20) и (6.4.22) для раз­рядов газовых лазеров. Прежде всего, видно, что для данной газовой среды

Существует оптимальная величина электронной температуры Тор1, при кото­рой обеспечивается максимальная скорость накачки на верхний лазерный уровень. Действительно, слишком низкая величина электронной температу­ры не обеспечит энергию электронов, достаточную для возбуждения верхнего лазерного уровня. Энергия электронов будет при этом тратиться в основном на возбуждение в среде низколежащих уровней, включая и нижний лазерный уровень. С другой стороны, слишком высокая величина электронной темпе­ратуры приведет к сильному возбуждению более высоколежащих уровней га­зовой смеси (которые могут и не быть связанными с верхним лазерным уров­нем) или ее избыточной ионизации (что может привести к нестабильности разряда, т. е. к переходу от тлеющего разряда к дуговому). Если теперь под­ставить Те Т0р1 в левую часть как (6.4.20), так и (6.4.22), то получим:

Таким образом, для данной смеси, если использовать ее в качестве актив­ной среды газового лазера, существуют некие оптимальные величины как параметраpD, так и параметра Е/р. Соотношения (6.4.23) устанавливают за­коны подобия для любого газового лазера. Для того чтобы показать, как поль­зоваться этими законами, предположим, что обеспечены оптимальные рабо­чие параметры лазера, но по каким-либо причинам требуется уменьшить диаметр трубки, например в 2 раза. Тогда, как показывает соотношение (6.4.236), для того чтобы лазер по-прежнему работал с максимальным КПД, необходимо увеличить давление газовой смеси в то же число раз. Если вели­чина давления удвоена, то, согласно соотношению (6.4.23а), напряженность электрического поля £ в газовом разряде и, следовательно, полное падение напряжения Vна лазерной трубке также должны быть увеличены вдвое. От­сюда следует, что значения зависимости V от I для данной лазерной трубки (см. сплошную линию на рис. 6.20) увеличатся в 2 раза по напряжению для всех значений тока. Таким образом, необходимо изменить напряжение хо­лостого хода V0 источника питания и балластное сопротивление RB так, что­бы обеспечить требуемую величину протекающего через разряд тока.