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.
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