Вопрос 4. Типы лазеров

Лазеры можно классифицировать по особенностям активной среды (твердотельные, газовые, на красителях, полупроводниковые, жидкостные), по способу накачки (лазеры с оптической накачкой, газоразрядные, химические и др.), по режиму генерации (импульсного или непрерывного действия) и по другим признакам. Все эти лазеры генерируют излучение оптического диапазона. В последнее время начали разрабатываться волоконно-оптические лазеры, генерирующие излучение в ближнем ИК-диапозоне (до 8 мкм) и предназначенные для волоконно-оптических систем связи.

В сердцевину световода для волоконного лазера вводят небольшое количество ионов определенных редкоземельных элементов. Световод располагается между двумя отражающими зеркалами и в него вводится излучение лазера с определенной длиной волны, которое переводит редкоземельные ионы в высокоэнергетичные состояния. При возвращении в состояния с более низкими энергиями возбужденные ионы излучают свет с большими длинами волн, чем исходное стимулирующее излучение лазера. Световод в этом случае ведет себя как компактный твердотельный источник лазерного излучения с длинами волн, значительно отличающимися от исходных. Изменение длины волны выходящего излучения можно регулировать изменением длины волны исходного излучения или подбором добавок различных редкоземельных ионов. Такие приборы, использующие световоды из фторидов тяжелых металлов, могут эффективно применяться для генерации инфракрасного лазерного излучения.

Остановимся несколько подробнее на рентгеновском лазере − источнике когерентного электромагнитного излучения рентгеновского диапазона. Напомним, что рентгеновское излучение занимает спектральную область между ультрафиолетовым и гамма-излучением в пределах длин волн от 10^-7 м до 10^-12 м (или энергий фотонов hν от 10 эВ до нескольких МэВ).

Первый лабораторный рентгеновский лазер был создан в Ливерморской лаборатории им. Э. Лоуренса (США) в 1985 г. Генерация излучения была произведена на серии линий Ne -подобного иона селена в области длин волн (18,2-26,3) нм, наиболее яркая линия имеет длину волны λ = 20,63 нм.

К настоящему времени получено квазикогерентное рентгеновское излучение с длиной волны от нескольких десятков до единиц нанометров: 20,6 нм (Se ²⁴+); 18,2 нм (С ⁶+); 8,1 нм (F ⁸+); 4,6 нм (Al ¹¹+). Длительность импульсов генерации рентгеновского лазера варьируется в пределах (0,1-10) нс и определяется, как правило, временем жизни плазменного образования. Максимальная энергия, полученная в импульсе, ~ 10 мДж, угловая расходимость пучка ~ 10 мрад. Сравнение параметров импульса лазера накачки и импульса рентгеновского излучения показывает, что коэффициент преобразования по энергии составляет лишь ~ 10^-5. Сегодня идут поиски дальнейших путей повышения эффективности лазера и материалов мишени.

Однако уже этого достаточно для проведения ряда физических и биологических экспериментов. Рентгеновские лазеры обладают наивысшей импульсной яркостью по сравнению с другими источниками рентгеновского излучения.

Активная среда рентгеновского лазера − высокоионизированная плазма, создаваемая при облучении мишени (например, тонкой фольги из селена и иттрия) мощными лазерами видимого и ИК-диапазонов. Длина плазменного образования составляет примерно (0,5-5) см, а поперечный размер порядка (0,01 - 0,1) см. Плазма создаётся, как правило, фокусировкой излучения импульсного ниодимового лазера, либо СО ₂-лазера, имеющих энергию излучения ~1 кДж и длительность импульсов генерации (0,1-10) нс.

Использование ИК-лазера для получения плазмы позволило создать малогабаритную рентгенустановку с низким энергопотреблением. Настольный прибор дает яркий направленный луч рентгеновского излучения с длиной волны в 1000 раз меньшей, чем длина волны видимого света Рентгеновский лазер используется в многочисленных исследованиях по созданию и оптимизации нового поколения электроники, устройств хранения информации, технологий медицинской диагностики и др.

Дата добавления: 2014-11-06