8.2.   Типы лазеров и способы накачки

Классификация лазеров (рис. 8.3) производится с учетом как типа активной среды, так и способа ее возбуждения (способа накачки).

Рассмотрим различные типы лазеров и соответствующие им способы накачки.

Из перечисленных (рис. 8.3) способов накачки следует, прежде всего, выделить два способа – оптическую накачку и накачку с использованием самостоятельного электрического разряда. Оптическая накачка имеет универсальный характер. Она применяется для возбуждения самых различных активных сред – диэлектрических кристаллов, стекол, полупроводников, жидкостей, газовых смесей. Оптическое возбуждение может использоваться также как составной элемент некоторых других способов накачки (например, электроионизационного и химического). Накачка с использованием самостоятельного электрического разряда применяется в разрежен­ных газообразных активных средах, при давлениях 1 – 10 мм рт. ст. Соответствующие типы лазеров (на атомных переходах, ионные, молекулярные) объединяют общим термином газоразрядные лазеры. Наряду с твердотельными, жидкостными и полупро­водниковыми, газоразрядные лазеры широко применяются в самых различных областях науки и техники.

Рассматривая способы накачки, надо иметь в виду, что один и тот же способ может допускать, в свою очередь, два вида на­качки – импульсную и непрерывную. Так, для оптической накачки используют как газоразрядные импульсные лампы, так и лампы непрерывного горения. При накачке с использованием электриче­ского разряда применяют как импульсные разряды, так и ста­ционарные (квазистационарные). При импульсной накачке энер­гия возбуждения поступает в активный элемент порциями, импуль­сами, а при непрерывной накачке – непрерывно, стабильно.

Импульсная накачка обладает рядом преимуществ по сравне­нию с непрерывной. При импульсной накачке, когда инверсия реа­лизуется лишь в течение некоторых промежутков времени, может оказаться несущественным требование быстрого очищения ниж­него рабочего уровня. Предположим, что при включении светового импульса накачки скорость, с какой заселяется верхний рабочий уровень, оказывается выше скорости заселения нижнего рабочего уровня. В этом случае лазер может работать за счет инверсии, возникающей в начале импульса возбуждения. Подобная ситуация показана на рис. 8.4. Из рисунка видно, что инверсия реализуется в начале импульса возбужде

ния – в течение промежутка време­ни . Ясно, что в данном случае скорость очищения нижнего ра­бочего уровня несущественна.

Подпись:  

Рис. 8.4. Возникновение инверсии в начале импульса возбуждения: 1 – заселенность нижнего рабочего уровня; 
2 – заселенность верхнего рабочего уровня;  3 – импульс возбуждения
Приведенный пример поясняет, почему при использовании им­пульсной накачки возможно получение генерации в большем чис­ле активных сред и на большем числе переходов в данной среде, нежели при непрерывной накачке. Говоря о преимуществах им­пульсной накачки, надо отметить и тот факт, что ее легче реализо­вать технически. Непрерывный и притом доста­точно стабильный подвод энергии возбуждения к активной среде, как правило, технически сложнее импульсного. Кроме того, при импульсной накачке обычно отпадает необходимость в принудительном охлаждении нагревающегося активного элемента.

Импульсная накачка позволяет реализовать различные импульсные режимы генерации,  когда лазерное излучение формируется в виде одиночных световых импульсов или в виде последовательности импульсов. При этом удается осуществлять исключительно сильную концентрацию во времени и пространстве излучаемой световой энергии. Так, например, реализованы режимы генерации мощных сверхкоротких световых импульсов, имеющих длительность 10-11  –  10 -12 с и мощность до 1012 Вт.

По типу активной среды различают лазеры (рис. 8.5): газовые; лазеры; твердотель­ные, к которым можно отнести также полупроводни­ковые лазеры. В газовых лазерах (ГЛ) активной средой является газ или смесь газов, возбуждаемые газовым разрядом. Инверсия населённостей создаётся в результате избирательного возбуждения энергетических уровней, находящих