2. УСТРОЙСТВО РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА
Из кристалла рубина изготовляется стержень с плоскопараллельными торцами. Газоразрядная лампа, имеющая форму спирали (рис. 4), дает сине-зеленый свет. Кратковременный импульс тока от батареи конденсаторов емкостью в несколько тысяч микрофарад вызывает яркую вспышку лампы. Спустя малое время энергетический уровень 2 становится «перенаселенным».
В результате самопроизвольных переходов 21 начинают излучаться волны всевозможных направлений. Те из них, которые идут под углом к оси кристалла, выходят из него и не играют в дальнейших процессах никакой роли. Но волна, идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от его торцов. Она вызывает индуцированное излучение возбужденных ионов хрома и быстро усиливается.
Один из торцов рубинового стержня делают зеркальным, а другой Полупрозрачным. Через него выходит мощный кратковременный (длительностью около сотни микросекунд) импульс красного света, обладающий теми феноменальными свойствами, о которых было рассказано выше. Волна является когерентной, так как все атомы излучают согласованно, и очень мощной, так как при индуцированном излучении вся запасенная энергия выделяется за очень малое время.
 Рис. 4
3.КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Приведенная ниже классификация лазеров не претендует на полноту и законченность, что объясняется задачами, которые стояли перед автором реферата, – дать лишь общие представления о принципе работы и применении лазеров.
Принято различать два типа лазеров: усилители и генераторы.
На выходе усилителя появляется лазерное излучение, когда на его вход (а сам он уже находится в возбужденном состоянии) поступает незначительный сигнал на частоте перехода. Именно этот сигнал стимулирует возбужденные частицы к отдаче энергии. Происходит лавинообразное усиление. Таким образом – на входе слабое излучение, на выходе – усиленное.
С генератором дело обстоит иначе. На его вход излучение на частоте перехода уже не подают, а возбуждают и, более того, перевозбуждают активное вещество. Причем если активное вещество находится в перевозбуждённом состоянии,то существенно растет вероятность самопроизвольного перехода одной или нескольких частиц с верхнего уровня на нижний. Это приводит к возникновению стимулированного излучения.
Второй подход к классификации лазеров связан с физическим состоянием активного вещества. С этой точки зрения лазеры бывают твёрдотельными (например, рубиновый, стеклянный или сапфировый), газовыми (например, гелий-неоновый, аргоновый и т. п.), жидкостными, если в качестве активного вещества используется полупроводниковый переход, то лазер называют полупроводниковым.
Третий подход к классификации связан со способом возбуждения активного вещества.
Различают следующие лазеры: с возбуждением за счет оптического излучения, с возбуждением потоком электронов, с возбуждением солнечной энергией, с возбуждением за счет энергии взрывающихся проволочек, с возбуждением химической энергией, с возбуждением с помощью ядерного излучения (последние привлекают сейчас пристальное внимание зарубежных военных специалистов). Различают также лазеры по характеру излучаемой энергии и ее спектральному составу. Если энергия излучается импульсно, то говорят об импульсныx лазерах, если непрерывно, то лазер называют лазером с непрерывным излучением. Есть лазеры и со смешанным режимом работы, например полупроводниковые. Если излучение лазера сосредоточено в узком интервале длин волн, то лазер называют монохроматичным, если в широком интервале, то говорят оширокополосном лазере.
Еще один вид классификации основан на использовании понятия выходной мощности.
Л
Твердотелые лазеры
Полупроводниковые л.
Газовые лазеры
Химические лазеры
Эксимерные лазеры
Рис. 5
азеры, у которых непрерывная (средняя) выходная мощность более
106 Вт, называют высокомощными. При выходной мощности в диапазоне 105103 Вт имеем лазеры средней мощности. Если же выходная мощность менее 10-3 Вт, то говорят о маломощных лазерах.
 
0,1 1 10 100 1000 10000 100000 мкм
В зависимости от конструкции открытого зеркального резонатора различают лазеры с постоянной добротностью и лазеры с модулированной добротностью – у такого лазера одно из зеркал может быть размещено, в частности, на оси электродвигателя, который вращает это зеркало. В данном случае добротность резонатора периодически меняется от нулевого до максимального значения. Такой лазер называют лазером с Q-модуляцией.
Одной из характеристик лазеров является длина волны излучаемой энергии. Диапазон волн лазерного излучения простирается от рентгеновского участка до дальнего инфракрасного, т.е. от 10-3 до 102мкм. За областью 100 мкм лежит, образно говоря, «целина». Но она простирается только до миллиметрового участка, который осваивается радистами. Этот неосвоенный участок непрерывно сужается, и есть надежда, что его освоение завершится в ближайшее время.
Доля, приходящаяся на различные типы генераторов, неодинакова (рис.5).
Наиболее широкий диапазон у газовых квантовых генераторов.
Другой важной характеристикой лазеров является энергия импульса. Она измеряется в джоулях и наибольшей величины достигает у твердотельных генераторов – порядка 103 Дж. Третьей характеристикой является мощность. Энергия в единицу времени и дает мощность. Газовые генераторы, которые излучают непрерывно, имеют мощность от 10-3 до 102Вт. Милливаттную мощность имеют генераторы, использующие в качестве активной среды гелий-неоновую смесь. Мощность порядка 100 Вт имеют генераторы на CO2.
С твердотельными генераторами разговор о мощности имеет особый смысл.
К примеру, если взять излучаемую энергию в 1 Дж, сосредоточенную в интервале времени в одну секунду, то мощность составит 1 Вт. Но длительность излучения генератора на рубине составляет 10-4 с, следовательно, мощность составляет 10 000 Вт, т.е. 10 кВт. Если же длительность импульса уменьшена с помощью оптического затвора до 10-6 с, мощность составляет 106Вт, т.е. мегаватт. Это не предел! Можно увеличить энергию в импульсе до 103Дж и сократить его длительность до 10-9 с и тогда мощность достигнет
1012Вт. А это очень большая мощность. Известно, что когда на металл приходится интенсивность луча, достигающая 105 Вт/см2, то начинается плавление металла, при интенсивности 107 Вт/см2 – кипение металла, а при
109 Вт/см2 лазерное излучение начинает сильно ионизировать пары вещества, превращая их в плазму.
Еще одной важной характеристикой лазера является расходимость лазерного луча. Наиболее узкий луч имеют газовые лазеры. Он составляет величину в несколько угловых минут. Расходимость луча твердотельных лазеров около 1...3 угловых градусов. Полупроводниковые лазеры имеют лепестковый раскрыв излучения: в одной плоскости около одного градуса, в другой – около 10...15 угловых градусов.
Следующей важной характеристикой лазера является диапазон длин волн, в котором сосредоточено излучение, т.е. монохроматичность. У газовых лазеров монохроматичность очень высокая, она составляет 10-10, т.е. значительно выше, чем у газоразрядных ламп, которые раньше использовались как стандарты частоты. Твердотельные лазеры и особенно полупроводниковые имеют в своем излучении значительный диапазон частот, т. е. не отличаются высокой монохроматичностью.
Очень важной характеристикой лазеров является коэффициент полезного действия.
У твердотельных он составляет от 1 до 3,5%, у газовых 1...15%, полупроводниковых 40...60%. Вместе с тем принимаются всяческие меры для повышения кпд лазеров, ибо низкий кпд приводит к необходимости охлаждения лазеров до температуры 4...77 К, а это сразу усложняет конструкцию аппаратуры.
3.1.Твёрдотельный лазер
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР (ТЛ) – лазер, в котором активной средой являются активированные диэлектрические кристаллы и стёкла или диэлектрические кристаллы с собственными точечными дефектами. В качестве активаторов кристаллов и стёкол обычно служат ионы редкоземельных элементов или ионы группы железа. Собственные точечные дефекты в кристаллах возникают под воздействием ионизированного излучения или путём аддитивного окрашивания. Энергетические уровни активаторов или собственных дефектов используются для создания инверсной населённости.
Генерация ТЛ осуществляется по трёх или четырёхуровневой схеме. Активный Элемент (АЭ) этих лазеров обычно имеют форму кругового цилиндра или стержня прямоугольного сечения. Иногда применяют и АЭ более сложных конфигураций. Наибольшее распространение получила конструкция ТЛ, в которой цилиндрический АЭ вместе с газоразрядной лампой накачки помещаются в камеру-осветитель, концентрирующую излучение лампы накачки в АЭ. Из-за многократности отражения излучения накачки от внутренней поверхности камеры-осветителя достигается более полное его поглощение в АЭ. Применяют осветители, в которых одна лампа накачки работает на нескольких АЭ или, напротив, один АЭ накачивается несколькими или большим числом ламп. Диапазон длин волн генерации ТЛ простирается от УФ до средней ИК областей. ТЛ работают в импульсном, непрерывном и квазинепрерывном режимах. У существующих ТЛ мощность генерации в непрерывном режиме может достигать 1-3 кВт при удельном энергосъёме
~ 10 Вт с 1 см3 активной среды при кпд ~3%. Средняя мощность 103 Вт при частоте повторения импульсов до 100 Гц реализуется в ТЛ импульсно-периодичные действия в режиме свободной генерации при длительности импульса 10-3 10-4с.
Лазерный эффект обнаруживает большое количество различных кристаллов и стёкол (несколько сотен), однако реально действующих ТЛ, нашедших практическое применение, существенно меньше. К их числу относится лазер на кристалле рубина – первый в мире лазер, созданный в 1960 Т. Мей-маном (Т. Maiman, США).
Наиболее распространённым активатором материалов для ТЛ являются ионы Nd3+. Широкое применение в науке и технике находят лазеры на основе силикатных и фосфатных стёкол с неодимом, генерирующие излучения в области 1,05 мкм. Основное назначение лазеров на основе стёкол - это генерация одиночных импульсов большой мощности. АЭ из стекла отличаются высоким оптическим качеством, могут иметь большой объём при заданной форме элемента. Лазеры на основе фосфатного стекла с неодимом генерируют самые мощные импульсы генерации.
Развитие ТЛ, работающих в режиме высоких ср. мощностей (субкиловаттный и киловаттный диапазоны), связано с заменой цилиндрических АЭ на прямоугольные, в которых лазерное излучение проходит, многократно отражаясь от боковых поверхностей АЭ. В этом случае неоднородности различной природы, наведённые накачкой, оказываются скомпенсированными и слабо влияют на качество выходного пучка.
Применения ТЛ чрезвычайно разнообразны. Это – лазерная технология (сварка, резка и др.), технология электронных приборов, медицина, лазерная локация, системы контроля состава атмосферы, оптическая обработка информации, интегральная и волоконная оптика, лазерная спектроскопия, лазерная диагностика плазмы и управляемый термоядерный синтез, лазерная химия и лазерное разделение изотопов, нелинейная оптика, сверхскоростная фотография, лазерные гироскопы, сейсмографы и другие точные физические приборы.
3.2. Газовый лазер
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАЗЕРЫ (ГЛ) – наиболее распространённый класс газовых лазеров, в которых для формирования активной среды используются электрические разряды в газах. При переходе к давлениям газа порядка атмосферного и выше (необходимого для повышения мощности ГЛ) появляющиеся неустойчивости разряда делают активную среду неоднородной и непригодной для возбуждения генерации. Для повышения устойчивости разряда используют предионизацию разрядного объёма пучком заряженных частиц, вспомогательным разрядом, коротковолновым (оптическим или рентгеновским) излучением. В ГЛ высокого давления часто применяют поперечный разряд обычно с предионизацией (ТЕА-лазеры, от англ. transverse excitation atmospheric).
Газоразрядные лазеры на атомных переходах Возбуждение электронным ударом позволяет получать непрерывную и импульсную генерацию на большом числе квантовых переходов различных атомов в видимой части спектра (в основном атомов инертных газов) и гл. обр. в ИК-области. Прямым электронным ударом наиболее эффективно возбуждаются уровни, связанные с основным состоянием атома разрешёнными переходами. Непрерывная инверсия населённости рабочих уровней в трёхуровневой системе в большинстве случаев образуется за счёт опустошения (распада) нижнего рабочего уровня спонтанным излучением. Мощность и кпд ГЛ этого типа невелики, но они просты в изготовлении и эксплуатации. Для их возбуждения используют тлеющий разряд или высокочастотный разряд. На ряде линий достигается высокий коэффициент усиления (напр., ~1 см-1 на  =3,51 мкм). Пример – ГЛ на переходах атома Xe.
Рис. 6. Схема уровней атома Cu, участвующих в генерации.
В импульсном режиме наибольший практический интерес представляет генерация на так называемых самоограниченных переходах, нижние уровни которых метастабильны. Длительность существования инверсии населённости на таких переходах ограничена накоплением частиц на нижнем уровне; она не больше времени жизни частиц на верхнем рабочем уровне (рис. 6). Наибольшая мощность и эффективность генерации достигнута на переходах с первого резонансного уровня, т. к. он наиболее эффективно заселяется электронами. На самоограниченных переходах ряда атомов (Cu, Ba, Mn, Pb, Au, Eu и др.) получена генерация со средней мощностью > 1Вт при относительно высоком кпд 0,1-1%. Эти ГЛ обычно работают с высокой частотой повторения импульсов (5-20 кГц) и обладают высоким усилением. Наилучшие характеристики имеют ГЛ на парах Cu (=510,6; 578,2 нм), ср. мощность генерации которых приближается к 100 Вт при кпд ~1%.
3.3. Жидкостный лазер
ЖИДКОСТНЫЕ ЛАЗЕРЫ (ЖЛ) – лазеры, в которых активной средой является жидкость. Практическое применение имеют 2 типа Ж. л., существенно отличающиеся и дополняющие друг друга по свойствам излучения. ЖЛ на красителях допускают непрерывную перестройку длины волны l излучения. При смене красителей они могут генерировать l от 322 до 1260 нм как в непрерывном, так и в импульсном режимах. Способность к перестройке обусловлена широкими электронно-колебательными полосами спектров молекул. ЖЛ на неорганических жидкостях (работающие в импульсном и непрерывном режимах) превосходят по удельной мощности и энергии твердотельные лазеры, т. к. при той же концентрации активных частиц они допускают эффективное охлаждение активного вещества путём его прокачки через резонатор и теплообменник.
Р ис. 7.
В существующих ЖЛ на неорганических жидкостях активными частицами являются ионы редкоземельных элементов (главным образом Nd3+), входящих в состав жидкого люминофора. Люминофор представляет собой смесь хлороксида (РОС13, SOC12, SeOCl2) с к-той Льюиса (SnС14, ZrС1 и др.). Например, в ЖЛ на люминофоре РОС13 -SnCl4-Nd ион Nd3+ окружён 8 атомами О, входящими в состав молекулы РОС13 (рис.7). Свет накачки поглощается ионами Nd3+, обладающими широкими полосами возбуждения. Большие времена жизни метастабильных уровней Nd3+ позволяют достичь порога генерации. Разработаны также ЖЛ, в которых ионы Nd3+ входят в качестве активной примеси в жидкие хлориды Al, Ga, Zr и др. или их смеси. Свойства ЖЛ
с ионами Nd3+ являются промежуточными между свойствами твердотельных неодимовых лазеров на стекле и на кристаллах. Особенности этих ЖЛ определяются свойствами ионов Nd3+, работающих по четырёхуровневой схеме. При накачке из основного состояния ионов Nd3+ (уровень 4I9/2) в их интенсивные полосы поглощения в областях длин волн 0,58; 0,74; 0,8 и 0,9 мкм они вследствие безызлучательной релаксации быстро переходят на метастабильный уровень 4F3/2. Генерация обычно происходит при переходах с уровня 4F3/2 на уровень 4I9/2 "приподнятый" над основным уровнем примерно на 2000 см-1 и поэтому практически ненаселённый. Это определяет малый порог генерации и относительно большие кпд (3-5%). Энергия генерации /1кДж, мощность в непрерывном режиме и в режиме повторяющихся импульсов >1 кВт. Это определяет область применения таких ЖЛ: лазерная технология, медицина, накачка других лазеров и т. п. Возбуждение ЖЛ производят ксеноновыми лампами. Основной недостаток, присущий всем ЖЛ, – относительно малая направленность излучения (большая расходимость). Применением активной коррекции или методов обращения волнового фронта можно устранить этот недостаток.
3.4. Полупроводниковый лазер
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР (ПЛ) – лазер на основе полупроводниковой активной среды. В отличие от лазеров др. типов, в ПЛ используются квантовые переходы между разрешёнными энергетическими зонами, а не дискретными уровнями энергии. Лазерный эффект в ПЛ связан в основном с межзонной люминесценцией (излучательной рекомбинацией созданных внешним воздействием избыточных электронов и дырок; рис. 8). Поэтому длину волны l лазерного излучения можно выразить через ширину запрещённой зоны  , (1)
где h - постоянная Планка, с - скорость света ПЛ, перекрывают спектральный диапазон от 0,3 мкм до 45 мкм (рис. 9).
В полупроводниковой активной среде может достигаться очень большой показатель оптического усиления (до 104 см-1), благодаря чему размеры ПЛ исключительно малы, например длина резонатора может составлять несколько мкм, типично – 200-300 мкм. Помимо компактности, особенностями ПЛ являются малая инерционность ( ) высокий кпд (10–50%) возможность п лавной спектральной перестройки, большой выбор веществ для генерации в широком спектральном диапазоне.
Рис. 9. Межзонный оптический переход
в полупроводниках при накачке квантами
с энергией, большей hv.
К достоинствам ПЛ следует также отнести совместимость ПЛ
с полупроводниковыми приборами др. типов и возможность монолитной интеграции, возможность электронного управления режимом генерации и параметрами излучения – длиной волны, степенью когерентности, числом спектральных мод и т. п., возможность ВЧ-модуляции излучения путём модуляции тока накачки, низковольтность (<1-3 В) электропитания, а также наибольшую среди лазеров других типов долговечность (до 105 ч).
ПЛ включает в себя активный элемент из полупроводникового монокристалла, чаще всего в форме бруска ("чипа"). Собственно активная область элемента обычно составляет лишь его малую часть, и её объём, например, в современном, так называемом полосковом, инжекционном лазере, оказывается в пределах 10-11 – 10-10 см3 Оптический резонатор ПЛ образован либо торцевыми зеркальными гранями активного элемента (изготовляемого обычно путём раскалывания пластин по плоскостям спайности кристалла), либо внешними отражателями и сложными устройствами с периодическими структурами обратной связи (брэгговскими отражателями и структурами распределённой обратной связи).
3.5. Химический лазер
ХИМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР (ХЛ) – газовый лазер, в котором инверсия населённостей образуется в результате химических реакций. Возможность создания XЛ основана на том, что продукты многих экзотермических химических реакций образуются преим. в возбуждённых состояниях. Большинство XЛ работает на колебательно-вращательных переходах двухатомных молекул. Возбуждённые молекулы эффективно образуются, в частности, в результате экзотермических реакций замещения:  , (1)
причём значительная часть  выделяющейся энергии  идёт на возбуждение колебательных уровней молекулы АВ. В результате образуется неравновесный газ двухатомных молекул АВ, в котором средняя величина колебательной энергии значительно превышает величину энергии, приходящейся на поступательные и вращательные степени свободы молекул. Такой неравновесный газ является активной средой с инверсной населённостью для большого кол-ва колебательных переходов.
Для работы ХЛ необходимо создать некоторое количество химически активных свободных радикалов, стимулирующих протекание химической реакции. С этой целью используются все способы воздействия на молекулы, приводящие к их диссоциации: прямой нагрев, вызывающий термическую диссоциацию; облучение УФ- или видимым светом, вызывающее частичную или полную фотодиссоциацию молекул; хим. реакции, сопровождающиеся образованием свободных радикалов; газовый разряд, в котором свободные радикалы образуются в основном при столкновениях электронов с молекулами; облучение химических реагентов пучками быстрых электронов или ионов, продуктами ядерных реакций и др. Поскольку в результате реакций, приводящих к возбуждению XЛ, происходят необратимые изменения химического состава исходных реагентов, необходимым условием длительной работы XЛ является непрерывное возобновление рабочего вещества.
В активной среде ХЛ наряду с реакцией (1) протекают разнообразные столкновительные процессы с участием колебательно возбуждённых молекул. Эти процессы оказывают существенное влияние на формирование заселённостей и определяют выходные характеристики XЛ. Наиболее важным является процесс колебательно-поступательной релаксации колебательно возбуждённых молекул: , (2)
где М - молекулы, входящие в состав активной среды XЛ,
 - колебательное квантовое число молекулы. Указанный процесс, в результате которого колебательная энергия молекулы, образовавшейся при протекании экзотермической реакции, преобразуется в тепло, разрушает инверсию населённостей в активной среде XЛ и ограничивает его выходные характеристики. Эффективное преобразование химической энергии в энергию лазерного излучения возможно только при условии, если характерное время протекания реакции (1) не превышает характерного времени процесса колебательной релаксации (2). Поскольку обычно при протекании газофазных хим. реакций выполняется противоположное условие, лишь незначительное число химически реагирующих систем пригодно для использования в качестве активной среды XЛ с высокими выходными характеристиками.
Основные параметры, характеризующие эффективность XЛ, – его химическое кпд hх (отношение энергии лазерного излучения к величине энергии, выделяющейся в результате хим. реакции) и т. н. электрический кпд hэ (отношение энергии лазерного излучения к энергии, затрачиваемой на инициирование хим. реакции). Т. к. энергия, требуемая для инициирования множественных экзотермических реакций, меньше энергии, которая выделяется в результате протекания таких реакций, то величина hэ не имеет принципиальных ограничений сверху и может превышать 100%. Например, электрический кпд XЛ на основе цепной реакции фтора с водородом (или дейтерием) в определённых условиях достигает 1000%.
 (3), (4)
Это связано с особенностями протекания цепной хим. реакции, для инициирования которой достаточно создания незначительного количества химически активных радикалов. Однако величина hх лазеров со столь высоким значением hэ относительно невелика (~ 1 %), поскольку при малой начальной степени диссоциации молекул F2 время протекания цепной реакции оказывается много больше характерного времени разрушения инверсной населённости в результате межмолекулярных соударений, сопровождающихся колебательной релаксацией. В силу этого обстоятельства величина hx лазера на основе цепной реакции фтора с водородом с уменьшением начальной степени диссоциации молекул e спадает по закону hх~ , в то время как для hэ справедлива зависимость hэ~1/. Отсюда следует, что использование цепной реакции не позволяет осуществить сколько-нибудь полное преобразование химической энергии в энергию лазерного излучения. В связи с этим наиболее мощные XЛ на основе HF, обладающие высоким значением hх (до 10%), работают на основе простых реакций замещения (табл.). Максимальная энергия излучения HF-лазеров в импульсном режиме достигает 10 кДж при длительности импульса в несколько десятков нc. Наиболее мощные XЛ на HF непрерывного действия работают при прокачивании активного вещества через резонатор со сверхзвуковой скоростью и характеризуются выходной мощностью в несколько кВт при hэ~24%.
Реакция
|
, ккал/моль
|
|
, мкм
|
|
33,7
|
0,68
|
4,3 – 5,4
|
|
97,8
|
0,53
|
2,8 – 3,7
|
В основе применений XЛ лежат, с одной стороны, их высокие кпд и мощность генерации, а с другой стороны - возможность получения генерации на большом числе переходов в широкой области ИК-спектра. Наряду с другими типами мощных лазеров XЛ используются в технологии обработки материалов, в установках по исследованию лазерного управляемого термоядерного синтеза, в системах лазерного зондирования атмосферы, в лазерной спектроскопии, лазерной химии и лазерном разделении изотопов.
3.6. Эксимерный лазер
ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР (ЭЛ) – газовый лазер, работающий на электронных переходах эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно-возбуждённых состояниях). Зависимость потенциальной энергии взаимодействия атомов эксимерной молекулы, находящейся в основном электронном состоянии, от межъядерного расстояния является монотонно спадающей функцией, что отвечает отталкиванию ядер. Для возбуждённого электронного состояния, являющегося верх, уровнем лазерного перехода, такая зависимость имеет минимум, определяющий возможность существования самой эксимерной молекулы (рис.). Время жизни возбуждённой эксимерной молекулы ограничено
З ависимость энергии  эксимерной молекулы от расстояния R между составляющими её атомами X и Y; верхняя кривая - для верхнего лазерного уровня, нижняя кривая - для нижнего лазерного уровня. Значения  соответствуют центру линии усиления активной среды, её красной и фиолетовой границам. временем её радиационного распада. Поскольку нижнее состояние лазерного перехода в ЭЛ опустошается в результате разлёта атомов эксимерной молекулы, характерное время которого (10-13 - 10-12 с) значительно меньше времени радиационного опустошения верх, состояния лазерного перехода, газ, содержащий эксимерные молекулы, является активной средой с усилением на переходах между возбуждёнными связанными и основным разлётным термами эксимерной молекулы.
Основу активной среды ЭЛ составляют обычно двухатомные эксимерные молекулы - короткоживущие соединения атомов инертных газов друг с другом, с галогенами или с кислородом. Длина волны излучения ЭЛ лежит в видимой или ближней УФ-области спектра. Ширина линии усиления лазерного перехода ЭЛ аномально велика, что связано с разлётным характером нижнего терма перехода.
ЭЛ широко используются благодаря своим высоким энергетическим характеристикам, малой длине волны и возможности её плавной перестройки в довольно широком диапазоне. Мощные моноимпульсные ЭЛ, возбуждаемые электронными пучками, применяются в установках по исследованию лазерного нагрева мишеней с целью осуществления термоядерных реакций (например, KrF-лазер с  HM, выходной энергией в импульсе до 100 кДж, длительностью импульса ~ 1 не). Лазеры с высокой частотой повторения импульсов, возбуждаемые импульсным газовым разрядом, используются в технологических целях при обработке изделий микроэлектроники, в медицине, в экспериментах по лазерному разделению изотопов, при зондировании атмосферы в целях контроля её загрязнения, в фотохимии и в экспериментальной физике в качестве интенсивного источника монохроматического излучения УФ- или видимого диапазона.
|
