Молекулярные и лазеры на СО и СО₂

Существует около ста различных лазерных систем, которые обеспечивают выход лазерного излучения примерно на 400 переходах в ультрафиолетовом диапазоне спектра 200-400 нм и в области вакуумного ультрафиолета (длина волны не больше 200 нм). Генерация в вакуумном ультрафиолете была впервые получена при возбуждении конденсированного ксенона пучком быстрых электронов и в газовом разряде. Лазеры с излучением в вакуумном ультрафиолете созданы на Н₂, D₂, НD.

Азотный (N₂-) лазер является высокомощным лазером в ультрафиолетовом диапазоне с коротким временем нарастания импульса накачки и высокой частотой повторения импульсов (1-10⁴ Гц). Он применяется для накачки лазеров на красителях, в спектроскопии, фотохимии, при обработке материалов.

Лазерное излучение с длиной волны равной 337,1 нм генерируется при переходе между колебательными уровнями различных электронных состояний в триплетной системе нейтрального молекулярного азота (вторая положительная система): С³П_и->В³П_g.

Из-за малого времени жизни верхнего лазерного уровня (~40 нс) инверсия населенностей достигается только при возбуждении короткими импульсами (не более 15 нс), а максимальная частота повторения импульсов составляет ~100 Гц. Более высокая частота импульсов генерации требует быстрой замены газа.

Лазеры на СO₂ и СО являются наиболее мощными генераторами излучения в инфракрасной области спектра и обладают высокими КПД. Длина волны излучения лазера на СO₂ соответствует 10,6 мкм. Для повышения эффективности генерации к СО₂ добавляют азот и гелий, а также пары воды.

Активный элемент отпаянных лазеров на СО₂ представляет собой охлаждаемую водой стеклянную трубу большой длины, внутри которой происходит разряд. Давление газов 0,1-1 кПа. Мощность луча в непрерывном режиме - несколько сот Вт. Продольно-прокачные лазеры (с прокачкой газа вдоль трубы) дают мощности излучения порядка 1 кВт. Поперечно-прокачные обеспечивают еще большие мощности генерации, порядка нескольких десятков кВт. Они работают с поперечной по отношению к направлению луча прокачкой газа и с поперечным разрядом при давлениях около 0,1 МПа. Повышение давления позволяет сократить длину оптически активного участка до 0,5-1 м.

СО-лазер является высокомощным инфракрасным лазером с излучением в диапазоне длин волн 5-6 мкм, работающим в непрерывном или импульсном режимах с очень высоким КПД 40-50%. Однако эффективный режим работы требует охлаждения газа до температуры меньше 100 К, поэтому области его применения несколько ограничены по сравнению с СО₂-лазером, несмотря на сопоставимые характеристики.