Проблема очищения нижнего рабочего уровня.

Отметим основные механизмы очищения нижнего рабочего уровня в плазменных лазерах: радиационное, девозбуждение ох­лажденными свободными электронами, неупругие столкно­вения с атомами специальных добавок, химическое очище­ние.

Радиационное очищение (очищение за счет спонтанного испускания) эффективно тогда, когда нижний рабочий уро­вень расположен достаточно высоко, плазма является не слишком плотной, рабочий объем не очень велик. В про­тивном случае более важен механизм очищения за счет столкновений активных центров с охлажденными свобод­ными электронами. Этот механизм тем эффективнее, чем выше концентрация электронов и чем сильнее они охлаж­дены. Заметим, что охлаждение электронов необходимо для обеспечения режима рекомбинации (и, как следствие, за­селения верхнего рабочего уровня) и для ускорения про­цесса очищения нижнего рабочего уровня.

Для очищения нижних уров­ней могут использоваться также неупругие столкновения активных центров (обозначим их через А) с атомами специальных добавок (обозначим их через В). На рисунке 2 показаны переходы, отвечаю­щие различным процессам столкновения (черта со штри­ховкой — уровень ионизации атома): рис. 2, а — резо­нансная передача возбуждения

рис. 2,б – ионизация примесного атома (эффект Пеннинга)

(е — электрон; его энергия обозначена на рисунке через ); рис. 2, в — резонансная перезарядка

Специально подбирая добавки (примеси), можно обеспечить преимущественное очищение именно нижних уровней, т. е. реализовать ситуацию, показанную на рисунке 3, где пред­ставлены заселенности рабочих уровней ( и ) в зависимости от концентрации примеси (). Видно, что при кон­центрациях примеси, превышающих некоторое значение (значение n на рисунке), возникает инверсия заселенностей рабочих уровней.

Рисунок 2

Рисунок – 3

Эффективное очищение нижних уровней в плазменных лазерах возможно также за счет специальных химических реакций. Химическое очищение позволяет получать инвер­сию даже на переходах в основное состояние.