Главная > Оптика > Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

1.9. Плазменные лазеры (рекомбинационная накачка)

Рекомбинирующая плазма как активная среда лазера.

Процессы рекомбинации при столкновениях свободных электронов с положительно заряженными ионами в плазме могут приводить к достаточно эффективному накоплению атомов (ионов) в возбужденных состояниях, т. е. могут в принципе использоваться для накачки лазерных переходов.

Обозначим через Т температуру электронной составляющей плазмы (электронная температура), а через Т — равновесную температуру, для которой степень ионизации совпадает с данной. Пусть — концентрации соответственно электронов и ионов. Скорость уменьшения за счет рекомбинационных электрон-ионных столкновений описывается уравнением

где — коэффициент электрон-ионной рекомбинации. Он растет с уменьшением электронной температуры Те по закону

— некоторая постоянная). Из (1.9.1) следует, что

где с учетом (1.9.2)

Чем меньше те, тем выше скорость рекомбинации и, как следствие, эффективнее накачка. Легко видеть, что рекомбинирующая плазма должна характеризоваться достаточно высокой концентрацией электронов и в то же время достаточно низкой электронной температурой . Плазма в рекомбинационном режиме — это плотная, высокоионизованная плазма, электроны которой «переохлаждены», так что выполняется неравенство

Как активная среда лазера рекомбинирующая плазма весьма привлекательна. В отличие от остальных активных сред она не изменяет своего агрегатного состояния при сколь угодно высокой плотности вводимой в нее энергии. Это открывает возможность для создания особо мощных лазеров. Кроме того, в рекомбинирующей плазме можно в принципе использовать лазерные переходы, попадающие в ультрафиолетовый и даже в рентгеновский диапазоны.

Свойства плазмы в рекомбинационном режиме радикально отличаются от свойств плазмы, используемой в газоразрядных лазерах (в последнем случае говорят о плазме в ионизационном режиме). Сопоставление этих свойств дано в табл. 1.4, где приведены характерные численные значения параметров плазмы.

Плазма в ионизационном режиме характеризуется менее высокой, чем в рекомбинационном режиме, концентрацией свободных электронов и обратным по сравнению с (1.9.5) соотношением между температурами . В рекомбинационном режиме электроны плазмы «переохлаждены»; в ионизационном они, напротив, «перегреты». Налицо отклонения от термодинамического равновесия в противоположные стороны.

Заметим, что для рекомбинационного режима характерно перемещение возбужденных атомов (ионов) сверху вниз по энергетической шкале; это способствует преимущественному возбуждению верхних уровней. В ионизационном

Таблица 1.4

же режиме заселение уровней обычно происходит в обратном порядке — снизу вверх, что увеличивает вероятность паразитного возбуждения нижних уровней.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление