Далее: 2.  Экспериментальная установка Вверх: 1.  Краткая теория Назад: 1.4.  Устройство гелий -

1.5.  Излучение лазера

Когда заселенность метастабильных уровней (уровни $2s$ и $3s$ в $He-Ne$ лазере) становится достаточной, возникает индуцированное когерентное излучение. Уровень $2p$ состоит из 10 подуровней, кроме того имеется еще уровень $3p$. Так что имеются возможности различных переходов. Наиболее интенсивное излучение дают переходы $3s\to 2p$ в видимой части спектра с длиной волны $632,8\,\text{нм}$ (красный луч лазера) и $2s\to 2p$ в инфракрасной части - $1150\,\text{нм}$. Кроме того еще возбуждаются довольно интенсивная линия при переходе $3s\to 3p$ - $3390\,\text{нм}$. Переход $2p\to 1s$ происходит спонтанно (розовое свечение трубки). А затем опустошение уровня $1s$ происходит за счет соударения атомов $Ne$ со стенками газоразрядной трубки. Для большей эффективности этого процесса диаметр трубки делают небольшим - несколько мм.

Другим источником потерь является отражение на границах активного элемента (в газовом лазере -- выходные окна трубки). Для того чтобы уменьшить эти потери выходные окна трубки располагаются под углом Брюстера к оптической оси (рис.1.4). Такая конструкции обеспечивает селективное усиление мод, поляризованных лишь в плоскости луча. Как известно, при угле Брюстера поляризованные в плоскости падения лучи полностью без отражения проходят через границу раздела двух сред, в данном случае через скошенные торцы трубки. Длины газоразрядной трубки гелий-неонового лазера у разных его конструкций может Быть от $15-20\,\text{см}$ до $1-2\,\text{м}$. От длины трубки зависит коэффициент усиления активного элемента, а следовательно и мощность генерируемого излучения, а также направленность лазерного луча. Расходимость луча определяется соотношением:

$$\Theta\sim \left({\lambda\over \ell}\right)^{1\over 2}\,,$$

где $\lambda$ - длина волны, $\ell$ - длина трубки.

Реально получена расходимость 1-2 минуты.

Рис. 1.4 [Сечение газоразрядной трубки типичного газового лазера.
1 - сечение торцовых пластинок, наклоненных к оси трубки (оси резонатора лазера) под углом Брюстера;
2 - стенки трубок; 3 - электроды]

Кроме очень высокой степени направленности (малой расходимости) $He-Ne$ лазер обеспечивает и очень высокую стабильность частоты генерации. Ширина спектральной линии $\Delta\nu$ атома $Ne$ определяет область частот, в которой может иметь место генерация света при инверсной заселенности. Из этой относительно широкой спектральной линии оптический резонатор вырезает гораздо более узкие линии, соответствующие собственным частотам резонатора (рис.1.5). Если усиление в $Ne$ достаточно велико, то генерация может возникнуть на большом числе собственных частот резонатора, для которых усиление превышает потери света в газе и зеркалах (рассеяние и поглощение). Так как линии генерации в основном определяются собственными частотами оптического резонатора, стабильность частоты газового лазера определяется главным образом неподвижностью зеркал резонатора.

Рис. 1.5 

При работе $He-Ne$ лазера в видимой области спектра ( $632,8\,\text{нм}$) для исключения излучения в инфракрасном диапазоне подбирается специальный коэффициент отражения зеркал или торцевые окошки трубки изготовляются из стекла, сильно поглощающего эти линии.

Таким образом лазерное излучение обладает высокой степенью когерентности, монохроматичности, поляризации, малой расходимостью и большой спектральной плотностью мощности.

Далее: 2.  Экспериментальная установка Вверх: 1.  Краткая теория Назад: 1.4.  Устройство гелий -