Із цього рівняння одержимо наступне співвідношення

,

з якого видно, що необхідна умова існування лазерної генерації k₂₁ >0, яка вимагає N₂>N₁, виконується тоді, коли дріб у цьому співвідношенні більше 1. Це принципово можна виконати, вибравши атом, у якого переріз збудження s₂ великий і створивши газовий розряд з великими V_e і N_e.

Отже, якщо ВЛР збуджується електронним ударом, а не поглинанням світла, то лазерну генерацію можна одержати і в дворівневій атомній системі. Це твердження справедливе і для напівпровідникового лазера, в якому ВЛР збуджується електричним струмом.

В провіднику струму з електронною провідністю і осьовою симетрією (газовий розряд в трубці з радіусом r₀) величина електричного струму визначається співвідношенням:

,

де j(r,j)- густина струму в точці з координатами r і j, S – площа перерізу провідника. Густина струму в провіднику

,

де u_e=b_e×E - швидкість переміщення (прийнято говорити “швидкість дрейфу”) електронів у напрямку електричного поля (у газовому розряді від катода до анода), b_e - рухливість електронів (визначається хімічним складом середовища в якому горить розряд), E - напруженість електричного поля.

В об’ємі газового розряду напруженість поля і концентрація електронів не однакова. Тому доцільно користуватися величиною потужності, яка виділяється в якомусь мікрооб’ємі з координатами r і j, і вона визначається формулою:

s_Е=j(r,j)×E(r,j)=e×N_e(r,j)×b_e×E²(r,j),

звідси

.

Якщо газовий розряд однорідний, то , де P потужність, яка виділяється в об’ємі V електричного розряду. Якщо ж розряд неоднорідний, то s_Е є середнім значенням. Тоді концентрація електронів в розряді буде:

,

і остаточно швидкість заселення рівня

. (3.14.1)

Отже, швидкість заселення атомного рівня пропорційна густині потужності газового розряду s_Е. Тому s_Е називають густиною потужності накачки і позначають s_нак.

Фізична величина s_нак. характеризує значення потужності накачки, яка вводиться в одиницю об’єму активного середовища, і є характеристикою будь – якого способу накачки.

3.3.3. Передача збудження при зіткненнях атомів (молекул). В газовому розряді електрони можуть збуджувати одні атоми, чи молекули, а потім ці збуджені атоми при ударах з активними атомами збуджувати їхній верхній лазерний рівень. Швидкість збудження в цьому процесі залежить від швидкості молекул обох сортів і перерізу збудження , а саме:

,

де V_A i V_B- швидкості молекул A і B, відповідно;

- переріз збудження молекули B при ударі зі збудженою молекулою A^*;

i N_B - концентрації збудженої молекули A^* і незбудженої – В.

Швидкість збудження молекули А описується співвідношенням (3.14.1). Отже, і в цьому процесі швидкість збудження молекули В також пропорційна потужності газового розряду.

Цей процес відіграє домінуючу роль у збудженні ВЛР в СО₂ – лазері.

Дата добавления: 2014-11-29