Читать онлайн «Столкновительные лазеры. Проблемы и перспективы»

ПРЕПРИНТ Г. Г. ПЕТРАШ 20 СТОЛКНОВИТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ МОСКВА 2006  Аннотация Представлен обзор работ по непрерывным столкновительным лазерам на переходах в атомах и атомарных ионах. Приводятся характеристики лазеров, рассматриваемых как столкновительные. Обсуждаются имеющиеся данные по релаксации и перемешиванию уровней при столкновениях с тяжелыми частицами. Более подробно обсуждаются данные по релаксации метастабильных уровней. Рассмотрены основные трудности, возникающие при осуществлении эффективных непрерывных столкновительных лазеров, в том числе трудности реализации разрядов, пригодных для возбуждения столкновительных лазеров. Рассматриваются не реализованные пока возможности улучшения условий осуществления столкновительных лазеров. Summary A review of publications on continuous collision lasers on transition in atoms and atomic ions is presented. Characteristics of the lasers considered as collisional are presented. Existing data on collisional relaxation and mixing of levels by collisions with heavy particles are cosidered. In greater detail data on collisional relaxation of metastable levels are discussed. Difficulties of collision lasers realization are considered including difficulties of realization of continuous discharge suitable for excitation of collisional lasers. Possibilities of improvement of collision laser realization coditions are discussed. 2  Концепция столкновительных лазеров была изложена в работах У. Беннетга [1] и Г. Гулда [2] и опубликована в 1965 году. Она возникла в самом начале развития газовых лазеров в процессе поисков систем с высокой эффективностью. Собственно, достижение высокой эффективности и было основной целью, ради которой эта концепция и разрабатывалась. Напомним, что речь идет о создании непрерывного газоразрядного лазера. Для достижения стационарной инверсии и генерации необходимо, чтобы было выполнено условие [1] R1>(g2/g1)(A21+R2F1/F2), Здесь индексы 1 и 2 относятся к нижнему и верхнему лазерному уровню, R и F –скорости опустошения и заселения уровней, A21 – вероятность перехода, g1 и g2 – статвеса уровней. Использование непрерывного режима имеет некоторое преимущество по сравнению с импульсным режимом, поскольку первоначальные траты энергии на создание плазмы производятся один раз, а в течение длительного времени можно в принципе поддерживать оптимальные условия для создания инверсии при небольших затратах для поддержания условий в плазме. Проведенный в этих работах анализ показал, что почти все существовавшие в то время газоразрядные лазеры использовали для релаксации нижнего лазерного уровня спонтанное излучение по хорошо разрешенному переходу. В этом случае между нижним лазерным уровнем и основным необходимо иметь промежуточный уровень, поскольку спонтанный распад в основное состояние затруднен в результате пленения резонансного излучения. Кроме того, по разрешенному переходу, как правило, велика скорость возбуждения электронами, что приводит к нежелательному подзаселению нижнего лазерного уровня.