تعرف على ما هو "ليزر هيليوم نيون" في القواميس الأخرى
27. ليزر الهليوم-نيون.
ليزر بوسطه النشط مزيج من الهيليوم والنيون. غالبًا ما يستخدم ليزر الهيليوم-نيون في التجارب المعملية والبصريات. يبلغ الطول الموجي التشغيلي 632.8 نانومتر ، وتقع في الجزء الأحمر من الطيف المرئي.
وسيط العمل في ليزر الهليوم-نيون هو مزيج من الهيليوم والنيون بنسبة 5: 1 ، يقع في دورق زجاجي تحت ضغط منخفض (عادة حوالي 300 باسكال). يتم توفير طاقة المضخة من مفرغين كهربائيين بجهد يبلغ حوالي 1000 فولت ، ويقعان في نهايات القارورة. يتكون مرنان مثل هذا الليزر عادةً من مرآتين - معتمين تمامًا على جانب واحد من المصباح والثاني ، ويمر عبر نفسه حوالي 1 ٪ من الإشعاع الساقط على جانب الإخراج من الجهاز. ليزر الهيليوم نيون مضغوط ، الحجم النموذجي للرنان هو من 15 سم إلى 0.5 متر ، وتتراوح طاقتها الخرجية من 1 إلى 100 ميغاواط.
لهذه المساهمات الأساسية ، حصل باسوف وبروخوروف وتاونز على جائزة نوبل للفيزياء في ماذر ويمكن اعتباره أقرب مقدمة لليزر. وتجدر الإشارة ، مع ذلك ، إلى أن بعض الأفكار الأساسية لليزر يمكن العثور عليها في كمبيوتر محمول معمل يراجع بانتظام من قبل كاتب عدل يملكه جوردون جولد في سن الدكتوراه في جامعة كولومبيا. على وجه الخصوص ، ظهرت كلمة "ليزر" لأول مرة في كمبيوتر محمول واحد. ومع ذلك ، لم يتم نشر عمل Gould مطلقًا ، لذلك لم تكن الأفكار والاقتراحات ذات الصلة متاحة. المجتمع العلمي.
مبدأ التشغيل: في تفريغ الغاز في خليط من الهيليوم والنيون ، تتشكل الذرات المثارة لكلا العنصرين. اتضح أن طاقات المستوى الثابت للهيليوم 1S0 والمستوى الإشعاعي للنيون 2p55s ² متساويان تقريبًا - 20.616 و 20.661 فولت ، على التوالي. يحدث نقل الإثارة بين هاتين الحالتين في العملية التالية: He * + Ne + ΔE → He + Ne * وتبين أن كفاءتها كبيرة جدًا (حيث تشير (*) إلى الحالة المثارة ، و E هو الفرق في مستويات الطاقة للذرتين.) فقدان 0.05 فولت مأخوذ من الطاقة الحركية لحركة الذرات. يزداد عدد السكان في مستوى النيون 2p55s ² وفي لحظة معينة يصبح أكبر من المستوى الأساسي 2p53p ². يتم وضع انعكاس لمستوى السكان - يصبح الوسيط قادرًا على توليد الليزر. عندما تمر ذرة نيون من الحالة 2p55s ² إلى الحالة 2p53p ² ، ينبعث إشعاع بطول موجي يبلغ 632.816 نانومتر. إن الحالة 2p53p لذرة النيون هي أيضًا إشعاعية ذات عمر قصير ، وبالتالي يتم التخلص من هذه الحالة بسرعة في نظام المستوى 2p53s ثم إلى الحالة الأرضية 2p6 ، إما بسبب انبعاث الإشعاع الرنان (مستويات الإشعاع من 2p53s) ، أو بسبب الاصطدام بالجدران (مستويات ثابتة من نظام 2p53s). الاختيار الصحيحمرايا التجويف ، يمكن أيضًا الحصول على توليد الليزر بأطوال موجية أخرى: نفس المستوى 2p55s ² يمكن أن ينتقل إلى 2p54p ² مع انبعاث فوتون بطول موجة 3.39 ميكرومتر ، والمستوى 2p54s ² ، والذي يحدث عند الاصطدام بهليوم آخر ثابت الاستقرار المستوى ، يمكن أن ينتقل إلى 2p53p ² ، بينما يصدر فوتون بطول موجة يبلغ 1.15 ميكرومتر. من الممكن أيضًا الحصول على إشعاع الليزر بأطوال موجية 543.5 نانومتر (أخضر) ، 594 نانومتر (أصفر) أو 612 نانومتر (برتقالي). تجعل هذه الخاصية ليزر الهليوم-نيون مصادر جيدة للإشعاع لاستخدامها في التصوير المجسم ، والتحليل الطيفي ، وكذلك في قارئات الباركود.
على العكس من ذلك ، كان لأعمال Shawlow and Townes تأثير كبير. كان أحد أكثر الجوانب صعوبة في هذا البحث هو حساب النظام العام للحد الأدنى من معدل الإثارة للذرات أو الجزيئات المطلوبة للحصول على صافي ربح في المادة الفعالة. الجانب الثاني المهم هو اقتراح مرنان مفتوح ، يتكون من مرآتين متوازيتين ومتوازيتين ، لالتقاط الإشعاع المنبعث. بالمقارنة مع الرنان المغلق الشائع في مجال الميكروويف ، يتم تقليل أوضاع الرنين المنخفض في مرنان مفتوح إلى حد كبير لتلك المناظرة للموجات الكهرومغناطيسية التي تنتشر في اتجاه متعامد تقريبًا مع المرايا.
ملامح الوسط الغازي النشط. الطرق الأساسية للإثارة. التفريغ الكهربائي ، ديناميكيات الغاز ، الإثارة الكيميائية ، التفكك الضوئي ، الضخ البصري. نقل طاقة الإثارة بالرنين في حالات الاصطدام. ليزر الهليوم نيون. مخطط المستوى. نقل طاقة الإثارة. منافسة خطوط الانبعاث عند 3.39 و 0.63 ميكرومتر. معلمات التفريغ ، معلمات الليزر.
تم اقتراح نفس الاقتراح بشكل مستقل ، وفي نفس الوقت تقريبًا ، من قبل Prokhorov لإنشاء مولد يعتمد على الإشعاع المحفز في منطقة الموجة المليمترية. ميمان من مختبر هيوز ، استخدم إصبع الياقوت كمواد نشطة ومصباح فلاش لامع كمصدر للإثارة. تم جعل طرفي إصبع الياقوت مسطحين ومتوازيين ومغلفين بشكل مناسب لتشكيل مرآتين رنانين من طراز Fabry-Perot. تم إثبات مراقبة الانبعاثات المحفزة من خلال انخفاض متوسط العمر ومدى التألق.
سننظر في طرق إنشاء الانعكاس باستخدام أمثلة الليزر الأكثر أهمية.
دعنا نبدء ب ليزر الغاز. تؤدي الطبيعة الغازية لوسطها النشط إلى عدد من النتائج الملحوظة. بادئ ذي بدء ، يمكن أن تكون الوسائط الغازية فقط شفافة في نطاق طيفي واسع من منطقة الأشعة فوق البنفسجية الفراغية من الطيف إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والميكروويف بشكل أساسي. نتيجة لذلك ، تعمل أشعة الليزر الغازية في نطاق طول موجي ضخم يتوافق مع تغيير التردد بأكثر من ثلاثة أوامر من حيث الحجم.
عند تبريدهما إلى درجة حرارة النيتروجين السائل ، يعمل كلا هذين الليزرين على أساس مبدأ الليزر رباعي المستويات ، وبالتالي يتطلبان طاقة وميض أقل بحوالي أمرين من حيث الحجم. كانت المادة الفعالة التي أنتجت انبعاثًا محفزًا هي النيون ، بينما تمت إضافة الهيليوم لتحسين عملية إثارة النيون من خلال ظاهرة نقل الطاقة الرنانة ، والتي سبق أن تم اقتراحها ودراستها بواسطة Yavan مقارنةً بما تم وصفه سابقًا ، أظهر هذا الليزر بعضًا جديدًا و الجوانب المهمة بشكل خاص للتطورات المستقبلية.
بالإضافة إلى ذلك. بالمقارنة مع المواد الصلبة والسوائل ، تتميز الغازات بكثافة أقل بكثير وتجانس أعلى. لذلك ، فإن شعاع الضوء في الغاز أقل تشوهًا وتناثرًا. هذا يجعل من السهل الوصول إلى حد الانعراج لتباعد إشعاع الليزر.
في الكثافة المنخفضة ، تتميز الغازات بتوسيع دوبلر للخطوط الطيفية ، تكون قيمتها صغيرة مقارنة بعرض خط اللمعان في الوسائط المكثفة. هذا يجعل من السهل تحقيق أحادية اللون عالية لإشعاع الليزر الغازي. نتيجة لذلك ، تتجلى الخصائص المميزة لإشعاع الليزر بشكل أكثر وضوحًا في إشعاع الليزر الغازي - أحادية اللون والاتجاهية العالية.
كان في الواقع أول ليزر غازي ، عملية مستمرة ومتحمس بواسطة تفريغ كهربائي وليس بصريًا. يمكن شرح مبدأ تشغيل ليزر أشباه الموصلات باستخدام حيث يشار إلى نطاقات التكافؤ والتوصيل لمادة ذات فجوة مباشرة. مع الإثارة الكهربائية المناسبة ، من الممكن نقل الإلكترونات إلى نطاق التوصيل ؛ سيحتلون بعد ذلك الجزء السفلي من هذا النطاق ، تاركين معظم نطاق التكافؤ خاليًا من الإلكترونات ثم تشغله الثقوب. في هذه الحالة ، يحدث الانبعاث المستحث نتيجة إعادة التركيب بين إلكترون متحمس في نطاق التوصيل وثقب في نطاق التكافؤ.
تتفاعل الجسيمات التي يتكون منها الغاز مع بعضها البعض في عملية تصادم الغازات الحركية. هذا التفاعل ضعيف نسبيًا ؛ لذلك ، لا يؤثر عمليًا على ترتيب مستويات طاقة الجسيمات ويتم التعبير عنه فقط في توسيع الخطوط الطيفية المقابلة. عند الضغط المنخفض ، يكون التوسيع الاصطدامى صغيرًا ولا يتجاوز الدوبلر
تتكون المنطقة النشطة من شريط رفيع بين منطقة المنطقة في "إشعاع الليزر" في الاتجاه الأكثر استطالة لهذا الشريط. من وجهة نظر تاريخية ، تم النظر في إمكانية الحصول على التعرض لليزر في أشباه الموصلات منذ بداية باسوف ، ولكن تم طرح المقترحات الأولية دون مراعاة خصائص المادة المطلوبة ، وبعد عام واحد فقط أصبح من الواضح أنه كان من المستحيل الحصول على التعرض لليزر في هذه المواد بسبب تحمل الحمولة الحرة عالية القيمة بشكل أساسي. في الوقت نفسه ، أصبح من الواضح أن هذه الصعوبة أقل أهمية بكثير في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة.
العرض. في نفس الوقت تؤدي الزيادة في الضغط إلى زيادة عرض الاصطدام (انظر المحاضرة 2) ، ونحصل على فرصة للتحكم في عرض خط التضخيم للوسط النشط بالليزر ، والذي يوجد فقط في حالة الغاز الليزر.
كما نعلم ، من أجل تلبية شروط الإثارة الذاتية ، يجب أن يتجاوز الكسب في الوسط النشط لمرور واحد من تجويف الليزر الخسائر. في الغازات ، يؤدي عدم وجود خسائر طاقة غير طنين مباشرة في الوسط النشط إلى تسهيل تحقيق هذا الشرط. من الصعب من الناحية الفنية تصنيع مرايا ذات خسائر أقل بشكل ملحوظ من 1٪. لذلك ، يجب أن يكون الربح لكل تمريرة أكبر من 1٪. تفسر السهولة النسبية للوفاء بهذا المطلب في الغازات ، على سبيل المثال ، عن طريق زيادة طول الوسط النشط ، وجود عدد كبير من ليزر الغاز في نطاق واسع من الأطوال الموجية. في الوقت نفسه ، تمنع الكثافة المنخفضة للغازات الحصول على مثل هذه الكثافة العالية من الجزيئات المُثارة ، والتي تعتبر من خصائص المواد الصلبة. لذلك ، فإن ناتج الطاقة النوعية لليزر الغازي أقل بكثير من إنتاج ليزر المادة المكثفة.
جعلت هذه الظروف من الممكن تقليل كثافة التيار المطلوبة بشكل كبير ، بأكثر من أمرين من حيث الحجم ، لإنشاء تأثير ليزر ، لذلك يمكن أن تعمل ليزر أشباه الموصلات في عملية مستمرة في درجة حرارة الغرفة ، مما يفتح مجموعة واسعة من التطبيقات لهذه المساهمات الأساسية تنفيذ الليزر حصل ألفيروف وكرويمر على جائزة نوبل في الفيزياء لمدة عام. المعلم الثاني في هذا التطور هو إدخال ليزر الحبس الكمومي. في هذه الحالة ، يتم إجراء قياسين أو جميع القياسات الثلاثة للمادة الفعالة مقارنة بما يسمى الطول الموجي للإلكترون في Broglie.
تتجلى خصوصية الغازات أيضًا في مجموعة متنوعة من العمليات الفيزيائية المختلفة المستخدمة لإنشاء انعكاس سكاني. وتشمل هذه الإثارة أثناء الاصطدامات في التفريغ الكهربائي ، والإثارة في العمليات الديناميكية للغاز ، والإثارة الكيميائية ، والتفكك الضوئي ، والضخ البصري (بشكل أساسي أشعة الليزر) ، إثارة شعاع الإلكترون.
مقارنةً بهياكل الإيثيثر الليزرية المزدوجة ، سمحت ليزرات العمود الكمومي بتخفيض إضافي بمقدار ترتيب واحد تقريبًا من حجم كثافة تيار العتبة ، وجميع أنواع الليزر التجارية المتاحة حاليًا تبلغ حوالي 10 نانومتر ، والليزر ذو النقاط الكمومية النشطة محدود في ثلاثة أبعاد هو لا يزال حوالي 10 نانومتر. سرعان ما أصبح واضحًا أن المرشحين الجيدين يتألفون من أيونات العناصر التي تنتمي إلى الصفوف الانتقالية في الجدول الدوري.
في الغالبية العظمى من ليزر الغاز ، يتم إنتاج انعكاس السكان في تفريغ كهربائي. تسمى هذه الليزرات الغازية ليزر تفريغ الغاز. طريقة تفريغ الغاز لإنشاء وسيط نشط هي الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على انعكاس في ليزر الغاز ، حيث أن إلكترونات التفريغ تثير بسهولة جزيئات الغاز ، وتحويلها إلى مستويات طاقة أعلى في التصادمات غير المرنة. يتم تفسير التوهج الذي يتم ملاحظته بشكل شائع لتفريغ الغاز (مصابيح ضوء الغاز) من خلال التحولات العفوية نحو الأسفل من مستويات الطاقة هذه. إذا كانت معدلات عمليات اضمحلال الحالات المثارة مواتية لتراكم الجسيمات عند مستوى طاقة أعلى واستنفاد بعض مستويات الطاقة المنخفضة ، فسيتم إنشاء انعكاس سكاني بين هذه المستويات. تعمل إلكترونات تفريغ الغاز على إثارة الغاز بسهولة في نطاق واسع من الطاقات ، مما يخلق انعكاسًا لمجموعات مستويات الطاقة للذرات والجزيئات والأيونات المحايدة.
من الواضح ، من بين المرشحين الجيدين على ما يبدو لإظهار عمل الليزر ، أي مع عتبة إثارة منخفضة ، فهي تتكون من مواد ذات قيم عالية للمنتج σ. العناصر الانتقالية في انتقالاتهم بين مستويات الطاقة في المدارات الداخلية لها في الواقع قيم عالية لهذا المنتج.
السلسلتان الانتقاليتان من أكثر تقنيات الليزر إثارة للاهتمام هما "الأرض النادرة" والمعادن الانتقالية. تستلزم مثل هذه الإنتاجية العالية ، من ناحية ، ضبطًا واسعًا لهذا الليزر ، ومن ناحية أخرى ، فإن الظرف الأكثر أهمية هو القدرة على توليد نبضات قصيرة للغاية. تُستخدم مثل هذه النبضات القصيرة على نطاق واسع في الدراسات الديناميكية فائقة السرعة للجزيئات البيوكيميائية أو الفيزيائية الحيوية. وبالتالي ، لا يمكن تطوير هذه الليزرات بشكل جيد إلا عندما تكون متحمسًا لأنواع الليزر الأخرى ، وعلى وجه الخصوص ، أجهزة أشباه موصلات الطاقة ، التي تم تقديمها وتطويرها على وجه التحديد في هذه الفترة.
طريقة تفريغ الغاز قابلة للتطبيق لإثارة كل من الليزر النبضي والليزر. يتم استخدام الإثارة النبضية بشكل أساسي في حالة عدم ملاءمة وضع cw ، وديناميكيات إنشاء السكان عند مستويات الطاقة العليا والسفلى ، وأيضًا من أجل الحصول على طاقة إشعاعية عالية ، والتي لا يمكن الوصول إليها في وضع cw.
تنتمي هذه الليزرات إلى فئة الليزر الغازي الجزيئي وتتذبذب جميعها في منطقة الأشعة تحت الحمراء. يشع باتل وزملاؤه في وسط أشعة تحت الحمراء بطول 10.6 ميكرومتر. في الواقع ، في أقل من عامين ، تمكن باتيل من إعادة الإنجاز الحرفي لـ 100 واط ، وهو أمر مثير للإعجاب حقًا في هذه الحقبة.
هناك مجموعة متنوعة من الأصباغ التي ، عند إذابتها في مذيب محدد جيدًا وإثارة الضوء ذي الطول الموجي المناسب ، تظهر تألقًا قويًا للغاية. لذلك ، من الطبيعي اعتبار هذه الأصباغ كمرشحين جيدين لعمل الليزر. ومع ذلك ، بالمقارنة مع أنواع الليزر الأخرى ، بدأ تطوير التلوين إلى حد ما في وقت لاحق. وهذا ما يفسر سبب عمل ورنيش الصبغة بشكل مستمر فقط عندما يكون هناك ليزر آخر متحمس. تتمتع ليزر التلوين ، بالإضافة إلى كونها فئة الليزر السائل الأكثر جاذبية ، بالميزة الرئيسية المتمثلة في "التخصيص الموجي العريض".
يمكن أن يكون التفريغ الكهربائي في الغاز مستدامًا ذاتيًا وغير مستدام ذاتيًا. في الحالة الأخيرة ، يتم توفير موصلية الغاز بواسطة عامل مؤين خارجي ، ويتم إجراء عملية الإثارة بغض النظر عن ظروف انهيار الغاز عند القيمة المثلى لشدة المجال الكهربائي في فجوة التفريغ. في الوسط الغازي المتأين بشكل مستقل بفعل خارجي ، يحدد هذا المجال والتيار الناجم عنه طاقة الإثارة (مدخلات الطاقة) التي يتم إدخالها في التفريغ.
يمكن تحقيق هذا التخصيص عن طريق تغيير نوع التلوين ؛ نظرًا لعرض نطاق الكسب المرتفع نسبيًا ، يمكن إنتاج أكورديون أرق من نفس الصبغة باستخدام التقنيات المناسبة. لا تزال أشعة الليزر الملونة تستخدم في تطبيقات التحليل الطيفي وتولد نبضات يبلغ طولها عدة مئات من الفمتوثانية.
هذه الليزرات مدفوعة بالحاجة إلى معالجة المحلول السائل المتداول وتدهور المحلول بمرور الوقت. يتكون الإكسيمر من جزيء موجود فقط في حالة مثارة. تستخدم ليزر الإكسيمر الانتقال بين هاتين الحالتين ؛ مثل التحولات الإلكترونية ، فإن الطول الموجي للإشعاع يقع عادة في الأشعة فوق البنفسجية. تستخدم الفئة الأكثر أهمية في ليزر الإكسيمر جزيئات هاليد الغازات النبيلة ، والتي قدمها لأول مرة بعض الأمريكيين مجموعات البحثلاحظ أن هاليد الغاز النبيل مستقر في الحالة المثارة ، حيث أن الغاز النبيل المثير مشابه كيميائيًا لجميع العناصر القلوية التي تليها في الجدول الدوري ، وتتفاعل العناصر القلوية مع الهالوجين.
السمة المميزة للغازات هي إمكانية إنشاء مثل هذه التدفقات من كتل الغاز التي تتغير فيها المعلمات الديناميكية الحرارية للغاز بشكل كبير. لذلك ، إذا تمدد غاز مسخن مسبقًا فجأة ، على سبيل المثال ، عند التدفق بسرعة تفوق سرعة الصوت عبر فوهة معينة ، فإن درجة حرارة الغاز تنخفض بشكل حاد. تتوافق درجة الحرارة الجديدة المنخفضة هذه مع توزيع توازن جديد للسكان على مستويات طاقة جزيئات الغاز. مع انخفاض مفاجئ في درجة حرارة الغاز ، يتم تعطيل توازن هذا التوزيع لبعض الوقت. ثم ، إذا كان الاسترخاء إلى توازن ديناميكي حراري جديد للمستوى الأدنى أسرع من المستوى الأعلى ، فإن التدفق الديناميكي للغاز يكون مصحوبًا بانعكاس سكاني موجود في بعض المناطق الممتدة أسفل مجرى الغاز. يتم تحديد حجم هذه المنطقة من خلال سرعة التدفق الديناميكي للغاز ووقت استرخاء السكان العكسيين فيها.
لاحظ أيضًا أنه لا ينبغي تسمية هذه الليزرات بـ excimer لأنها تستخدم جزيئات مكونة من جزئين أنواع مختلفة. لا يزال الليزر الإكسيمري للغازات النبيلة يستخدم على نطاق واسع للتطبيقات التي تكون قوية و مصدر قويالأشعة فوق البنفسجية.
يعد الحصول على اهتزازات متسقة في مجال الأشعة السينية مشكلة معقدة للغاية ، وقد تم السعي إلى حلها منذ فترة طويلة منذ أوائل الثمانينيات. يمكن العثور على السبب الجذري لهذه الصعوبة مرة أخرى باستخدام المعادلة. لإنشاء ليزر الأشعة السينية ، هناك تقنيتان رئيسيتان: التركيز على طاقة عالية جدًا ونبضات ليزر قصيرة العمر على ورقة رقيقة من مادة مناسبة وإنشاء انفجار ، وبالتالي تكوين عنصر بلازما مؤين نشط.
هذه هي الطريقة الغازية الديناميكية للحصول على انعكاس ، حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية للغاز المسخن مباشرة إلى طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي أحادي اللون. من السمات المميزة لهذه الطريقة إمكانية تنظيم التدفقات الديناميكية للغاز للكتل الكبيرة من المادة الفعالة وبالتالي الحصول على طاقة خرج عالية (انظر الصيغة (6.57)).
عند استخدام ليزر الإلكترون الحر ، محسوبًا بطاقة شعاع الإلكترون المثير ونواة الملعب ، مثل توليد الإشعاع في مجال الأشعة السينية. في الحالتين المذكورتين أعلاه ، تكون هذه في الواقع بواعث في منطقة الأشعة السينية اللينة أو في الفراغ فوق البنفسجي ، حيث يحدث الإشعاع وفقًا لظاهرة المعزز بسبب عدم وجود مرايا فعالة عند هذه الأطوال الموجية انبعاث عفوي. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب مصادر الإثارة ، مثل الليزر عالي الطاقة أو مسرعات الإلكترون ، تطوير جهاز معقد ومكلف.
أثناء الإثارة الكيميائية ، يتم إنشاء انعكاس السكان نتيجة للتفاعلات الكيميائية التي تتشكل فيها الذرات والجزيئات والجذور المثارة. يعد وسط الغاز مناسبًا للإثارة الكيميائية حيث يتم خلط الكواشف بسهولة وسرعة ونقلها بسهولة. في التفاعلات الكيميائية في الطور الغازي ، يتجلى التوزيع غير المتوازن للطاقة الكيميائية بين منتجات التفاعل بشكل أقوى ويستمر لفترة أطول. الليزر الكيميائي مثير للاهتمام لأنه يحول الطاقة الكيميائية مباشرة إلى طاقة إشعاع كهرومغناطيسي. يؤدي جاذبية التفاعلات المتسلسلة إلى حقيقة أن الحصة النسبية لاستهلاك الطاقة تنخفض. الإنفاق على بدء التفاعلات التي توفر انعكاسًا. نتيجة لذلك ، يمكن أن يكون استهلاك الطاقة أثناء تشغيل الليزر الكيميائي صغيرًا جدًا ، وهو أيضًا ميزة كبيرة للطريقة الكيميائية لإنشاء انعكاس. دعونا نضيف إلى ذلك أن إزالة نواتج التفاعل ، أي التشغيل في تيار غاز ، يمكن أن يوفر طابعًا مستمرًا
لذلك ، تم تطوير بواعث الأشعة السينية هذه فقط في عدد قليل من المختبرات الدولية. بعد مرور أكثر من أربعين عامًا على اختراعها ، لا يزال الليزر موضوعًا للتطوير المكثف ويتم استخدامه بشكل متزايد في المجالات العلمية والتطبيقية.
في مجال مصادر الليزر ، من الموضوعات البحثية ذات الصلة تطوير نبضات الليزر بمدة عشرات الفمتوثانية واستخدام هذه النبضات في دراسات الديناميات الجزيئية المتعلقة بالعمليات الفيزيائية والكيميائية والكيميائية الحيوية. Zeweil لدراسة الحالات الانتقالية للتفاعلات الكيميائية بواسطة التحليل الطيفي للفيمتوثانية. في السنوات الاخيرةلإنشاء نبضات فيمتو ثانية ، تم تطوير ليزر ياقوت تيتانيوم مع مجموعة واسعة من اهتزازات مواد الليزر بشكل خاص.
تشغيل الليزر الكيميائي. من الممكن أيضًا الجمع بين طرق الإثارة الكيميائية والغازية الديناميكية.
الليزر الكيميائي متاخم لليزر حيث يتحقق الانقلاب السكاني باستخدام تفاعلات التفكك الضوئي. كقاعدة عامة ، هذه ردود أفعال سريعة يبدأها وميض ضوئي نابض مكثف أو انفجار. نتيجة للانفصال ، تنشأ الذرات المثارة أو الجذور. تحدد الطبيعة التفجيرية للتفاعل الوضع النبضي لتشغيل مثل هذه الليزرات. نظرًا لحقيقة أنه مع البدء المناسب ، يمكن أن يغطي التفكك الضوئي حجمًا كبيرًا من الغاز الأولي في نفس الوقت ، يمكن أن تصل الطاقة النبضية وطاقة الإشعاع إلى قيم مهمة في طريقة التفكك الضوئي لإنشاء الانعكاس.
في حالة الوسائط الغازية النشطة ، تكتسب هذه الطريقة العامة لإنشاء انعكاس مثل الضخ البصري طابعًا غريبًا. نظرًا لانخفاض كثافة الغازات ، تكون خطوط امتصاص الرنين الخاصة بها ضيقة. لذلك ، يمكن أن يكون الضخ البصري فعالاً إذا كان مصدر المضخة أحادي اللون بدرجة كافية. عادة ما يتم استخدام مصادر الليزر. تتجلى أيضًا خصوصية الغازات في حالة الضخ البصري في حقيقة أنه نظرًا لكثافتها المنخفضة ، يمكن أن يكون عمق اختراق إشعاع المضخة في الغاز كبيرًا ويمكن أن يكون إطلاق الحرارة أثناء امتصاص الإشعاع صغيرًا. كقاعدة عامة ، لا يؤدي الضخ البصري الرنان للوسائط الغازية عمليًا إلى انتهاك تجانسها البصري.
مع إثارة شعاع الإلكترون للوسائط الغازية ، يتأين الغاز بواسطة إلكترونات عالية الطاقة (0.3-3 ميغا إلكترون فولت). في هذه الحالة ، يتم تحويل طاقة الإلكترونات السريعة للحزمة الأولية ، والتي يكون العدد الإجمالي لها صغيرًا نسبيًا ، بطريقة متتالية إلى طاقة عدد كبير من الإلكترونات البطيئة. يتم تحفيز مستويات الليزر العليا على وجه التحديد بواسطة هذه الإلكترونات منخفضة الطاقة (من الوحدات إلى عشرات الإلكترونات فولت). نظرًا لأن طول مسار الإلكترونات عالية الطاقة في الغازات كبير جدًا ، فإن طريقة الإثارة ذات الحزمة الإلكترونية مناسبة جدًا لإنشاء وسط نشط بأحجام كبيرة عند ضغوط عالية من الغازات والغازات من أي تركيبة.
الإثارة بشعاع الإلكترون هي طريقة مرنة وقوية في نفس الوقت ، قابلة للتطبيق دائمًا تقريبًا. من المزايا الكبيرة لهذه الطريقة أيضًا إمكانية دمجها مع طرق أخرى لإنشاء وسيط نشط لليزر الغازي.
قبل الشروع في دراسة ملموسة لكيفية تنفيذ جميع طرق إنشاء الانعكاس في أنظمة الليزر الغازية المختلفة ذات الأهمية القصوى ، تجدر الإشارة إلى حالتين ذات طبيعة عامة.
أولاً ، يتم تسهيل تحقيق الانعكاس في وسط غازي إلى حد كبير من خلال البطء النسبي لعمليات الاسترخاء
في الغازات. كقاعدة عامة ، فإن ثوابت المعدل المقابلة معروفة جيدًا ويمكن دراستها بسهولة نسبيًا تجريبيًا. في منطقة الطول الموجي القصير وللانتقالات التي تم حلها جيدًا ، فإن العملية التي تمنع اكتساب الانعكاس والاحتفاظ به هي الانحلال التلقائي للمستوى الأعلى (انظر المحاضرة 2). كما أن الأعمار الإشعاعية للذرات والجزيئات والأيونات إما معروفة جيدًا أو يمكن أن تكون معروفة نسبيًا. قيم هذه الأوقات المعروفة للجسيمات الحرة صالحة للغازات.
ثانيًا ، تتميز الغازات بنقل طاقة الإثارة من جسيمات من نوع إلى جسيمات من نوع آخر في تصادمات غير مرنة بينها. يكون هذا النقل أكثر كفاءة كلما تزامنت مستويات طاقة الجسيمات المتصادمة. الحقيقة هي أن الاختلاف الموجود دائمًا في قيم الطاقة لتلك الحالات التي يحدث تبادل سكانها أثناء تصادم يؤدي إلى حقيقة أن نقل الإثارة مصحوب بإطلاق (أو امتصاص) للطاقة الحركية
هنا N هي كثافة جزيئات المتبرعين بالطاقة الاستثارة ، n هي كثافة المستقبلات ، تشير العلامة النجمية إلى إثارة الجسيم المقابل. يشير الرمز K أعلى الأسهم في المعادلة (13.1) إلى معدل ثابت هذا التفاعل. يمكن الحصول على الطاقة الحركية من خزان الطاقة الحرارية للحركة الانتقالية لجزيئات الغاز (أو نقلها إلى هذا الخزان). من أجل أن تكون هذه العملية فعالة ، يجب ألا تتجاوز الطاقة المنقولة إلى الخزان (المستلمة من الخزان) في تصادم واحد متوسط الطاقة للحركة الحرارية لجسيم واحد. بمعنى آخر ، يجب أن يكون عجز الطاقة في الدول المدروسة صغيرًا:
في هذه الحالة ، يحدث ما يسمى بنقل طاقة الإثارة بالرنين (شبه الرنان).
بشكل عام ، يتم وصف عملية نقل الطاقة (13.1) بمعادلة المعدل بالشكل
حيث t هو وقت استرخاء فعال ، وثابت معدل نقل طاقة الإثارة ، كالعادة ،
هنا v هي سرعة الجسيمات المتصادمة ، والمقطع العرضي لعملية النقل o يقترب من المقطع العرضي الحركي للغاز عند استيفاء الشرط (13.2). على الجانب الأيمن من المعادلة
(13.3) تؤخذ العملية العكسية بعين الاعتبار. بافتراض الوفاء بقانون حفظ عدد الجسيمات:
من (13.3) يسهل الحصول عليها في ظل ظروف ثابتة
بشرط
يتم الوصول إلى مستوى إثارة المتقبلين ، إلى أقصى حد ممكن عند مستوى معين من إثارة المتبرعين.
وبالتالي ، فإن عملية النقل التصادمي لطاقة الإثارة من جسيمات من نوع إلى جسيمات من نوع آخر ، والتي تعتبر من سمات الوسائط الغازية ، تكون فعالة عندما يتم استيفاء الحالة (13.2). هذه العملية فعالة في إنشاء وسيط ليزر نشط يعتمد على جزيئات من النوع n عن طريق إثارة جسيمات من النوع N تحت الظروف (13.7).
أرز. 13.1. نقل طاقة الإثارة وفقًا لمخطط السهم المستقيم لأعلى - إثارة الجسيمات N ، السهم المستقيم لأسفل - الإشعاع بواسطة الجسيمات السهم المتموج لأسفل - استرخاء مستوى الليزر السفلي للجسيمات n. يظهر غياب الاسترخاء الجوهري للجسيمات
يوسع نقل طاقة الإثارة بشكل كبير من إمكانيات إنشاء ليزر غازي ، مما يجعل من الممكن الفصل في الوسط النشط بين وظائف تجميع طاقة الإثارة والإشعاع اللاحق عند الطول الموجي المطلوب. تتم العملية على مرحلتين. أولاً ، بطريقة أو بأخرى ، يتم تحفيز جزيئات الغاز الإضافي - الناقل للطاقة الزائدة والعمل كمانح لطاقة الإثارة. بعد ذلك ، في عمليات التصادمات المرنة ، يتم نقل الطاقة من الغاز الحامل إلى جزيئات غاز العمل - مستقبل طاقة الإثارة ، وبالتالي يتم ملء الجزء العلوي منها مستوى الليزر. العلوي. يجب أن يكون لمستوى طاقة الغاز الإضافي عمر جوهري طويل من أجل تخزين الطاقة بشكل جيد. تظهر العملية قيد النظر بشكل تخطيطي في الشكل. 13.1.
وجدت الطريقة قيد الدراسة تطبيقًا واسعًا ، نظرًا لأنه مع جميع طرق الإثارة تقريبًا (التفريغ الكهربائي ،
ديناميكية الغاز ، والكيميائية ، وما إلى ذلك) غالبًا ما يكون من الأفضل بكثير استثمار طاقة الإثارة بشكل مباشر ليس في تلك الجسيمات التي يكون إشعاعها مرغوبًا فيه ، ولكن في تلك التي تمتص هذه الطاقة بسهولة ، لا تشعها بنفسها وتعطي الإثارة عن طيب خاطر للجسيمات اللازمة.
دعونا ننتقل الآن إلى دراسة مباشرة لعدد من أشعة الليزر الغازية. لنبدأ بأنظمة الغازات الذرية ، والتي يعتبر ليزر الهليوم-نيون ممثلًا بارزًا لها. من المعروف أن هذا الليزر كان ، في الواقع ، الأول. كانت الحسابات والمقترحات الأصلية تتعلق بليزر الغاز ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الدرجة الأكبر من فهم مخططات مستوى الطاقة وظروف الإثارة في الوسط الغازي ، وهو ما ناقشناه بالفعل. ومع ذلك ، تم إنشاؤه لأول مرة ليزر روبينظرًا لحقيقة أن هذه البلورة المنفردة تمت دراستها بعناية في التحليل الطيفي الراديوي EPR واستخدمت على نطاق واسع في الإلكترونيات الكمومية بالميكروويف لإنشاء مضخمات كم مغنطيسية (ماسرات مغناطيسية). قريباً ، في نهاية عام 1960 نفسه ، أ. جافان ،
أرز. 13.2. مخطط إثارة النيون والهيليوم في التفريغ الكهربائي (تسميات الأسهم هي نفسها كما في الشكل 13.1). يتم عرض إمكانية تتابع السكان لمستويات طاقة النيون.
أنشأ دبليو بينيت ود. هاريوت ليزر هيليوم نيون بطول موجة 1.15 ميكرومتر. تم تشكيل الاهتمام الأكبر بليزر الغاز بعد اكتشاف توليد ليزر هيليوم نيون عند الخط الأحمر البالغ 632.8 نانومتر في ظل نفس الظروف تقريبًا كما في التشغيل الأول بطول موجة 1.15 ميكرومتر. حفز هذا الاهتمام في المقام الأول تطبيقات الليزر. أصبح شعاع الليزر أداة.
جعلت التطورات التكنولوجية ليزر الهليوم نيون من أعجوبة هندسة المختبرات والفنون التجريبية إلى كونها جهازًا موثوقًا به. هذا الليزر معروف ويبرر شهرته ويستحق الاهتمام.
في ليزر الهليوم-نيون ، المادة العاملة هي ذرات نيون محايدة. يتم الإثارة بواسطة تفريغ كهربائي. يظهر مخطط مبسط وفي نفس الوقت ، بمعنى ما ، معمم لمستويات النيون على الجانب الأيمن من الشكل. 13.2. في التفريغ الكهربائي عند الاصطدام بالإلكترونات
مستويات متحمسون. المستويات مستقرة ، والمستوى أقصر عمرا مقارنة بها. لذلك ، يبدو أن انعكاسًا لسكان المستويات فيما يتعلق يجب أن يحدث بسهولة. هذا ، ومع ذلك ، يعوقه المستوى غير المستقر. تحتوي أطياف العديد من الذرات ، بما في ذلك ذرات الغاز النادرة ، على مثل هذا المستوى طويل العمر القابل للاستقرار. عند اصطدامه بإلكترون ، لا يسمح هذا المستوى بإفراغ المستوى ، مما يمنع الانعكاس.
في النيون النقي ، من الصعب إنشاء انعكاس في الوضع المستمر. يتم التحايل على هذه الصعوبة ، التي تكون عامة جدًا في كثير من الحالات ، عن طريق إدخال غاز إضافي في التفريغ - مانح طاقة الإثارة. هذا الغاز هو الهيليوم. طاقات أول مستويين متحمس من الهيليوم المنتشر (الشكل 13.2) تتطابق بدقة مع طاقات مستويات النيون. لذلك ، يتم نقل شروط الإثارة الرنانة وفقًا للمخطط
مع ضغوط النيون والهيليوم المختارة بشكل صحيح والتي ترضي الشرط (13.7) ، يمكن للمرء تحقيق مجموعة من أحد أو كلا مستويي النيون أعلى بكثير من تلك الموجودة في حالة النيون النقي ، والحصول على انعكاس لمجموعات هذه المستويات مع الاحترام إلى المستوى.
يحدث استنفاد مستويات الليزر المنخفضة في عمليات الاصطدام ، بما في ذلك الاصطدامات بجدران أنبوب تفريغ الغاز.
نؤكد أن طريقة نقل الطاقة من الغاز الذي لا يعمل بشكل مباشر ولكن يتم تحفيزه بسهولة إلى غاز لا يراكم طاقة الإثارة ولكن ينبعث منه بسهولة ، والذي وجد تطبيقًا واسعًا في الإلكترونيات الكمومية لليزر الغازي ، تم تنفيذه لأول مرة في ليزر هيليوم نيون.
دعونا الآن نفكر بمزيد من التفصيل في مخطط مستويات الذرات المحايدة للهيليوم والنيون (الشكل 13.3).
تتوافق أدنى حالات الهيليوم المُثارة مع طاقات تبلغ 19.82 و 20.61 فولت. الانتقالات الضوئية منها إلى الحالة الأرضية ممنوعة في التقريب -bond ، وهو صالح للهيليوم. الدول والحالات غير المستقرة مع عمر تقريبًا. لذلك ، فإنها تتراكم بشكل جيد الطاقة التي يتم الحصول عليها عن طريق الإثارة عن طريق تأثير الإلكترون.
بالنسبة للنيون ، الوسيط -bond صالح. على التين. يتم عرض حالات 13.3 المتعلقة بنفس التكوين بخط سميك مع تحديد المستوى الفرعي للتشغيل. لتحديد المستويات ، يتم استخدام تسميات باشن ، الأكثر استخدامًا في الأدبيات الحالية. المستويات قريبة من المستويات الثابتة للهيليوم 250 و 2٪ ، عجز الطاقة يساوي تقريبًا (لاحظ أنه عند 300 كلفن
.) الحالة لها عمر طويل بسبب محاصرة الإشعاع الطنين بسبب الاقتران الإشعاعي بالحالة الأرضية.
في النيون ، تمتلك الدول s أوقات كبيرةالحياة من ف الدول. هذا ، بشكل عام ، يجعل من الممكن الحصول على انعكاس على التحولات. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن حالة النيون مأهولة بشكل جيد في التفريغ وليس كذلك التيارات العاليةالتفريغ المتدرج (المتتالي) لمستويات الليزر المنخفضة ممكن أثناء التحولات من الحالة
أرز. 13.3. مخطط مستويات الطاقة المثارة السفلية للهيليوم والبايون: الأسهم الصاعدة المستقيمة - إثارة الهيليوم ، الأسهم المتموجة - نقل طاقة الإثارة من الهيليوم إلى النيون ، الأسهم المستقيمة المائلة - الإشعاع بواسطة ذرات النيون. لا يتم عرض قنوات الاسترخاء لمستويات ليزر النيون السفلية.
إن إدخال كمية كبيرة نسبيًا من الهليوم في التفريغ ، والذي يوفر قناة كثافة سكانية مكثفة خارج النيون ، يزيل القيود المفروضة على إمكانية الحصول على انعكاس في الوضع المستمر. تاريخيا ، كان الجيل في التحول هو أول ما يتم الحصول عليه. تتوافق القوة الرئيسية مع الانتقال. ثم انعكس التحولات وتم تنفيذه.
تحدث جميع أنواع التوليد الثلاثة في ظل نفس ظروف التفريغ تقريبًا ولها نفس الاعتماد على طاقة التوليد على معلمات التفريغ. في هذه الحالة ، تعتبر المنافسة بين الأجيال عند 3.39 و 0.63 ميكرومتر ، والتي تتوافق مع التحولات ذات المستوى الأعلى المشترك ، مهمة بشكل خاص. لذلك فإن الجيل على إحدى هذه الموجات يضعف الجيل على الآخر. الأمر معقد بسبب الاختلاف الحاد في المكاسب. يتوافق الانتقال مع التضخيم وبالتالي يمكن تحقيق التوليد بسهولة في مرايا بسيطة ، على سبيل المثال ، معدنية. يذهب كثيرا
أكثر نزوات. إنه يتوافق مع مكسب صغير ، والذي ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، لا يمكن أن ينافسه مع مكسب كبير. لذلك ، للحصول على جيل في المنطقة المرئية ، يتم تجهيز ليزر الهيليوم-نيون بمرايا تداخل عازلة متعددة الطبقات لها معامل انعكاس عالٍ فقط عند الطول الموجي المطلوب. يتم تحقيق الانتقال المقابل لكسب التوليد. باستخدام المرايا العازلة للكهرباء.
ليزر الهليوم-نيون هو ليزر لتفريغ الغاز. يتم إثارة ذرات الهيليوم (والنيون) في تفريغ توهج منخفض التيار. بشكل عام ، في ليزر CW على الذرات أو الجزيئات المحايدة ، غالبًا ما تستخدم البلازما المتأينة الضعيفة للعمود الموجب لتفريغ الوهج لإنشاء وسط نشط. كثافة تيار التفريغ توهج. شدة المجال الكهربائي الطولي هي أن عدد الإلكترونات والأيونات الناشئة في جزء واحد من فجوة التفريغ يعوض عن فقدان الجسيمات المشحونة أثناء الانتشار إلى جدران أنبوب تفريغ الغاز. ثم يكون العمود الإيجابي للتصريف ثابتًا ومتجانسًا. يتم تحديد درجة حرارة الإلكترون بواسطة ناتج ضغط الغاز p والقطر الداخلي للأنبوب D. في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون درجة حرارة الإلكترون مرتفعة ، وفي درجات الحرارة المرتفعة تكون منخفضة. يحدد ثبات القيمة شروط تشابه التصريفات. عند كثافة ثابتة لعدد الإلكترونات ، لن تتغير ظروف ومعلمات التفريغ إذا لم يتغير المنتج. تتناسب كثافة عدد الإلكترونات في بلازما ضعيفة التأين لعمود موجب مع كثافة التيار. المعنى .
بالنسبة للمنطقة 3.39 ميكرومتر (السلسلة ، الخط الأقوى) ، يتطابق مستوى الليزر العلوي ، كما ذكرنا سابقًا ، مع المستوى العلوي لخط التوليد الأحمر 0.63 ميكرومتر. لذلك ، فإن ظروف التفريغ المثلى هي نفسها.
في الحالات الشائعة جدًا ، عند استخدام نفس أنبوب تفريغ الغاز المغلق في ليزر الهيليوم نيون مع مرايا قابلة للتبديل للتشغيل في نطاقات أطوال موجية مختلفة ، يتم عادةً اختيار بعض القيم الوسطية في نطاق واسع إلى حد ما من المعلمات: القطر أنبوب تفريغ الغاز 5-10 مم ، نسبة الضغط الجزئي 5-15 ، الضغط الكلي 1-2 تور ، التيار 25-50 مللي أمبير.
يرجع وجود القطر الأمثل إلى منافسة عاملين. أولاً ، مع زيادة المقطع العرضي للوسط النشط لليزر ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، هناك زيادة في احتمالية التحلل على الجدار الشعري للشعيرات الدموية المنتشرة لأنبوب تفريغ الغاز مما يؤدي إلى زيادة الكسب بشكل متناسب مع. يحدث هذا الأخير بسبب زيادة احتمالية التحلل على جدار الشعيرات الدموية للحالة غير المستقرة للنيون وبسبب زيادة كمية الهليوم المثير (وبالتالي النيون) ، وبالتالي الكسب ، مع الحفاظ على المنتج ثابت ، أي عندما تتشابه ظروف التفريغ المتوهج مع تغيير قطر أنبوب تفريغ الغاز.
يرجع وجود كثافة تيار التفريغ المثلى إلى حدوث تيارات عالية من العمليات المتتالية من النوع
مما يؤدي إلى انخفاض في الانعكاس (انظر الشكل 13.2 و 13.3). يمكن أن تصبح العمليات من هذا النوع مهمة أيضًا مع زيادة ضغط النيون ، والتي بدورها تحدد وجود الضغط الأمثل.
يجب اعتبار القيم النموذجية للطاقة الإشعاعية لليزر الهيليوم-نيون عشرات الملي واط في منطقتي 0.63 و 1.15 ميكرومتر ومئات الملي واط في منطقة 3.39 ميكرومتر. إن عمر خدمة الليزر في حالة عدم وجود أخطاء في التصنيع محدود بالعمليات في التفريغ ويتم حسابه بالسنوات. مع مرور الوقت ، تنزعج تركيبة الغاز في التفريغ. بسبب امتصاص الذرات في الجدران والأقطاب الكهربائية ، تحدث عملية "التصلب" ، وينخفض الضغط ، وتتغير نسبة الضغط الجزئي للهيليوم والنيون.
دعونا الآن نتناول مسألة تصميم رنانات ليزر الهليوم نيون. يتم تحقيق استقرار كبير على المدى القصير وبساطة وموثوقية التصميم من خلال تثبيت مرايا الرنان داخل أنبوب التفريغ. ومع ذلك ، مع مثل هذا الترتيب ، تتدهور المرايا بسرعة نسبية في التفريغ. لذلك ، فإن التصميم الذي يتم فيه وضع أنبوب تفريغ الغاز المجهز بنوافذ تقع بزاوية بريوستر على المحور البصري داخل الرنان هو الأكثر استخدامًا. يحتوي هذا الترتيب على عدد من المزايا - يتم تبسيط محاذاة المرايا الرنانة ، وزيادة عمر خدمة أنبوب تفريغ الغاز والمرايا ، وتسهيل استبدالها.
يصبح من الممكن التحكم في الرنان واستخدام مرنان مشتت ، تحديد أوضاع ، إلخ.
في الإلكترونيات الكمومية ، تعتبر مسألة عرض خط انتقال العمل مهمة (انظر المحاضرة 2). التوسيع الطبيعي والاصطدام والدوبلري ضروري لليزر الغازي. في حالة ليزر الهليوم-نيون ، تعطي الصيغة (2.8) (حيث يكون العمر الطبيعي للحالة p للنيون ، وبحلول الوقت τ المرتبط بالحالة s) قيمة عرض الخط الطبيعي MHz . التوسيع الاصطدام (الصيغ (2.31) ويتم تحديده بواسطة ضغط الغاز. بالنسبة لذرات النيون ، على افتراض أن المقطع العرضي لعملية التصادم المقابلة يساوي العملية الحركية للغاز ، بضغط من أجل MHz. عرض خط دوبلر (الصيغ (2.28) ويتم تحديده ، على وجه الخصوص ، من خلال الطول الموجي للإشعاع. بالنسبة لخط 0.63 ميكرومتر عند 400 كلفن ، تعطي هذه الصيغ ما يتوافق جيدًا مع البيانات التجريبية ، ومن ما قيل ، يمكن أن يكون يُلاحظ أنه في حالة ليزر الهليوم نيون ، فإن الآلية الرئيسية التي تسبب توسيع خط الانبعاث هي تأثير دوبلر ، وهذا التوسيع صغير نسبيًا ومع مثل هذا الخط يمكن الحصول على توليد في وضع طولي واحد ، أي ، توليد أحادي التردد لطول مرنان يبلغ 15 سم ، على الرغم من صغر حجمه ، ولكن يمكن تحقيقه ماديًا (الصيغة (10.21)).
ليزر الهليوم-نيون هو المثال الأكثر تمثيلا لليزر الغازي. يُظهر إشعاعها بوضوح جميع الخصائص المميزة لهذه الليزرات ، ولا سيما Lamb dip التي تمت مناقشتها في المحاضرة 11. عرض هذا الانخفاض قريب من عرض أحد تلك الخطوط الموسعة بشكل موحد ، والتي تشكل مجملها خط دوبلر موسع بشكل غير متجانس. في حالة ليزر الهليوم نيون ، هذا العرض المنتظم هو العرض الطبيعي. منذ ذلك الحين ، يُظهر موضع تراجع الحمل (انظر الشكل 11.6) بدقة شديدة موضع مركز خط انتقال العمل. المنحنى المعروض في الشكل. 11.6 ، بالنسبة إلى Lamb ، يتم الحصول عليها تجريبيًا عن طريق تغيير طول تجويف الليزر أحادي الوضع بسلاسة. لذلك ، يمكن استخدام الحد الأدنى من موضع الانخفاض المناسب ردود الفعل، الذي يتحكم في طول التجويف ، لتثبيت تردد توليد الليزر. وبالتالي ، فإن الاستقرار النسبي وتكرار التكرار يساوي. لاحظ ، مع ذلك ، أنه يتم تحقيق ثبات أعلى عندما يتم حرق الغمس ليس في خط التضخيم للوسط النشط ، ولكن في خط الامتصاص لغاز الرنين. لخط التوليد ، هذا الغاز هو غاز الميثان.
في الختام ، مع التأكيد على أن هناك عددًا من ليزر الغاز يعتمد على الذرات المحايدة ، بما في ذلك ذرات الغازات النبيلة ، نلاحظ أن الصناعة تنتج نطاقًا واسعًا من ليزر الهليوم-نيون.
