Введение. Изучение принципа работы и генерационных параметров CO2‑лазера

Лабораторная работа

Изучение принципа работы и генерационных параметров CO2‑лазера

 

Введение

 

Молекулярные лазеры работают на переходах между энергетическими уровнями молекул. В зависимости от типа участвующего в генерации перехода молекулярные лазеры делятся на три класса:

1) лазеры на колебательно-вращательных переходах;

2) лазеры на электронно-колебательных переходах;

3) лазеры на чисто вращательных переходах.

Мы рассматриваем первый тип.

Обсудим несколько подробнее CO₂-лазер. В нем используется смесь газов CO₂ и N₂, He. Генерация происходит между двумя колебательными уровнями молекулы CO₂, тогда молекулы N₂ и He значительно повышают КПД лазера. Действительно, CO₂-лазер является одним из лазеров, имеющих наиболее высокую мощность (газодинамический CO₂ уже позволил получить выходную мощность 80 кВт) и наиболее высокий КПД (15-20%).

Рассмотрим диаграммы энергетических уровней основных электронных состояний молекул CO₂ и N₂.

 

Симметричная валентная мода ν1

Деформационная мода ν2

Асимметричная валентная мода ν3

 

		ΔЕ=18 см-1
		(0001)
				V=1
			V=0

 

Рис.1.

 

Поскольку N₂ – двухатомная молекула, она имеет лишь одну колебательную моду (на рис.1 показаны два низколежащих уровня (ν=0, ν=1). Структура энергетических уровней молекулы CO₂ более сложная, поскольку эта молекула является трехатомной. Поэтому молекула CO₂ характеризуется тремя типами колебаний:

1) симметричным;

2) деформационным;

3) асимметричным.

Поэтому колебания молекулы описываются тремя квантовыми числами: ν₁, ν₂, ν₃.

Рассматриваемая молекула является линейной – все ее атомы расположены вдоль общей прямой (оси молекулы).

1. При симметричных колебаниях атомы кислорода совершают колебания вдоль оси молекулы, одновременно отклоняясь от находящегося в центре атома углерода. (См. рис.2а).

2. при деформационных колебаниях все три атома совершают колебания перпендикулярно оси молекулы (см. рис. 2б).

3. При асимметричных колебаниях атомы смещаются вдоль оси молекулы: при этом атомы кислорода смещаются в одну сторону, а атом углерода – в противоположную (см. рис.2в).

 

 

Рис. 2