ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ

Столкновения с электронами могут быть упругими и неупругими. При неупругом столкновении частица либо возбуждается на более высокий уро­вень энергии, либо ионизуется. Из всех возможных видов возбуждения в рассматриваемом случае представляют интерес те, которые переводят части­цы на определенный верхний лазерный уровень. Для того чтобы охаракте­ризовать упомянутые процессы возбуждения определенными поперечными сечениями (или просто сечениями) столкновения, рассмотрим вначале про­стой случай ударного возбуждения коллимированным пучком электронов одинаковой энергии. Если обозначить через Ре плотность потока электронов (число электронов, проходящих через единицу площади за единицу време­ни), то полное сечение се можно ввести аналогично тому, как это было сдела­но для потока фотонов (см. соотношение (2.4.20)). А именно, если обозна­чить через &Ре изменение плотности потока электронов при прохождении пучком расстояния йг в среде, то можно записать:

(1Ре = - о^^ейг.

Где — полная плотность числа частиц среды. Столкновения, которые при­

Водят к электронному возбуждению, отвечают только некоторой части полно­го сечения. Действительно, наибольший вклад обычно приходится на сечение упругих столкновений се1, составляющее по порядку величины ~1016 см2. Если
обозначить теперь через ое2 сечение электронного возбуждения с основного на верхний лазерный уровень, то согласно (6.4.3) скорость заселения части­цами возбужденного состояния в результате процесса накачки равна

(<*ЛГ2/</*)Р = <Уе2^е = Л^в1;ств2, (6.4.4)

Где и — скорость электронов, Ие — плотность числа электронов. Расчет ско­рости накачки требует знания величины сте2, которая, как ожидается, должна зависеть от энергии Е налетающих электронов, т. е. ое2 = ое2(Е). На самом деле, в газовом разряде электроны характеризуются некоторым распределением по энергиям. В этом случае скорость заселения верхнего состояния получается из соотношения (6.4.4) при усреднении по этому распределению, а именно:

№2/М)р = АГгМе(иае2). (6.4.5)

В предыдущем соотношении имеем:

<иа> = иъ(ЕЩЕ)<1Е, (6.4.6)

Где /(2£) представляет собой функцию распределения электронов в разряде по энергиям. Согласно (1.3.1) и (6.4.5), скорость накачки выражается то­гда в виде

Лр = ^е(|;се2>, (6.4.7)

Где (гю) определяется соотношением (6.4.6). Таким образом, расчет Лр требует знания зависимости как сечения а, так и функции распределения /от энергии электронов. Эти зависимости рассматриваются в последующих разделах.