Газовый лазер -
лазер с
активной средой
в виде
газов,
паров или их смесей. Как и всякий
лазер,
газовый
лазер содержит активную среду, обладающую
усилением
на одной или нескольких
линиях
в
оптическом диапазоне спектра, и
оптический
резонатор
(в простейшем случае состоящий из двух зеркал, между которыми помещена активная среда).
Особенности
газового лазера определяются свойствами активной среды, плотность которой
меняется в широких пределах {давление от 10
-3 мм рт. ст. до десятков
атмосфер),
однако она значительно меньше, чем в
конденсированных средах.
По этой причине
газовая активная среда в большинстве случаев прозрачна в широкой
области
спектра и обладает узкими
линиями поглощения
и
излучения.
Газовые лазеры могут
генерировать
узкие линии излучения, лежащие в широкой области спектра, в т. ч. и в далекой коротковолновой
(где нет прозрачных конденсированных сред).
Газовые лазеры позволяют получать
предельно узкие и стабильные
линии генерации. Малая плотность
активной среды определяет малость температурных изменений
показателя
преломления. Это позволяет сравнительно легко получать с
газовым лазером предельно
малую (
дифракционную)
расходимость излучения. Многообразие
физических
процессов, приводящих к образованию
инверсии населенностей,
создает большое разнообразие типов, характеристик и режимов работы
газового лазера.
Возможность
быстрой прокачки
газовой активной среды через оптический резонатор
позволила в
газовом лазере достичь рекордно больших средних
мощностей
излучения.
Газовые лазеры, работающие в
непрерывном и
импульсном
режимах, существенно различаются как конструктивно, так и по характеристикам.
Для непрерывной генерации требуется, чтобы механизм накачки обеспечивал
стационарную во времени инверсию населенностей уровней рабочего перехода.
Для этого необходимо эффективное возбуждение верхнего и возможно быстрый
распад
(опустошение) нижнего уровней. В импульсном режиме можно обеспечить высокую
скорость накачки и легче избежать перегрева активной среды.
По характеру возбуждения активной среды
газовые лазеры принято подразделять на следующие
классы:
газоразрядные лазеры,
газовые лазеры
с
оптическим
возбуждением {см.
Оптическая накачка),
газовые
лазеры с возбуждением заряженными частицами,
газодинамические
лазеры,
химические лазеры. По типу переходов, на которых возбуждается
генерация
газового лазера, различают
газовые лазеры на атомных
переходах,
ионные лазеры, молекулярные
лазеры на электронных,
колебательных
и вращательных переходах молекул и
эксимерные лазеры. По
механизмам
образования инверсии населенностей выделяют
газовые лазеры с возбуждением
электронным
ударом, с передачей возбуждения от частиц вспомогательных газов, рекомбинационные
газовые лазеры,
газовые лазеры с прямым оптическим возбуждением,
фотодиссоциационные
газовые лазеры и др. В ряде случаев реализуются
комбинированное
возбуждение и сложные механизмы инверсии.
С
газового лазера получена генерация на более чем 6000 отдельных линиях в очень широкой
области спектра от
вакуумного УФ до субмиллиметровых
волн.
Газовому
лазеру посвящается примерно половина научных публикаций по
лазерам, из них более
60% - газоразрядным
лазерам. Конструктивные особенности, мощность генерации,
кпд и др. характеристики
газового лазера
меняются в очень широких пределах. Большое число
газовых лазеров различных типов
выпускается
серийно.