ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ

Данные лазеры используют переходы между энергетическими уровнями молекулы. В зависимости от типа участвующего в генерации перехода, мо­лекулярные лазеры можно разделить на следующие три класса:

1. Лазеры на колебательно-вращательных переходах. В таких лазерах используются переходы между колебательными уровнями одного и того же электронного состояния (основного состояния), и разница энергий между уровнями перехода такого типа попадает в область от среднего до дальнего ИК-диапазона (2,5-300 мкм). В настоящее время наибольшее значение из этого класса лазеров имеет С02 лазер, генерирующий на длине волны 10,6 или 9,6 мкм. Следует упомянуть и другие примеры, такие как СО лазер (X = 5 мкм) и химический НГ лазер (X = 2,7-3,3 мкм).

2. Лазеры на электронно-колебательных (вибронных) переходах. В та­ких лазерах используются переходы между колебательными уровнями раз­личных электронных состояний. В этом случае длина волны генерации обыч­но попадает в УФ-область спектра. Наиболее интересный пример этой катего­рии лазеров — азотный лазер (X = 337 нм). Отдельный класс лазеров, который можно было бы отнести к вибронным лазерам, составляют эксимерные лазе­ры. В этих лазерах используются переходы между различными электронны­ми состояниями специальных молекул (эксимеров) с длиной волны излуче­ния, лежащей, как правило, в УФ-диапазоне. Однако эксимерные лазеры используют не только переходы между связанными состояниями (связанно­связанные переходы), но и, что бывает гораздо чаще, переходы между свя­занным верхним состоянием и основным состоянием, в котором атомы от­талкиваются друг от друга (связанно-свободные переходы). Поэтому целесо­образно рассматривать эти лазеры как отдельную категорию.

3. Лазеры на чисто вращательных переходах. В них используются пе­реходы между различными вращательными уровнями одного и того же ко­лебательного состояния (как правило, возбужденного колебательного уров­ня основного электронного состояния). Соответствующая длина волны гене­рации попадает в дальний ИК-диапазон (25 мкм-1 мм). В связи с тем, что лазеры на чисто вращательных переходах играют незначительную роль по сравнению с остальными категориями лазеров, этот тип лазеров не будет рассматриваться в последующих разделах. В связи с этим можно лишь огра­ничиться замечанием, что в лазерах данного типа труднее получить генера­цию, поскольку релаксация между вращательными уровнями происходит, как правило, с очень большой скоростью. Поэтому такие лазеры обычно на­качивают оптически, используя выходное излучение другого лазера (как правило, С02 лазера). Оптическая накачка возбуждает данную молекулу (на­пример, СН3Г, X = 496 мкм) на вращательный уровень, принадлежащий не­которому колебательному состоянию, расположенному выше основного уров­ня. После этого генерация осуществляется на переходах между вращатель­ными уровнями данного верхнего колебательного состояния.