Измеряемый объект

Объектом исследования в данной работе служит гелий-неоновый (He-Ne) лазер ЛГН-207.

Рабочим веществом являются атомы неона. На рис. 3 показаны уровни энергии в атомах неона и гелия. Около уровней указано время жизни атома в возбужденном состоянии (порядок величины в секундах).

Рис. 3.

Сокращенные обозначения на рис. 3: н. с. – возбуждение неупругими столкновениями атомов гелия и неона, в. э. – возбуждение электронным ударом, КС – красный свет, ИК – инфракрасное излучение.

При электрическом разряде в разреженном газе населенности некоторых уровней могут превысить населенности нижележащих уровней, т.е. может возникнуть инверсия населенностей.

В электрическом разряде часть атомов неона переходит с основного уровня Е ₁ на долгоживущие уровни Е ₄ и Е ₅. В чистом неоне возникающая инверсная населенность этих уровней по отношению к короткоживущем уровню Е ₃ оказывается недостаточной. Накачку энергии на уровни Е ₄ и Е ₅ удалось осуществить в смеси гелия с неоном. Энергии двух возбужденных долгоживущих уровней Е ₂ и Е₃ атомов гелия точно совпадают с энергиями уровней Е ₄ и Е ₅ атомов неона.

Значительное усиление интенсивности света можно получить при условии, что свет проходит через активную среду большое число раз. Для этого разрядную трубку Т (рис. 4), внутри которой создана активная среда, помещают между двумя зеркалами З₁ и З₂, образующими оптический резонатор. Основное требование, предъявленное к резонатору, состоит в том, чтобы энергия, выделившаяся вследствие стимулированного излучения в активной среде, превосходила потери энергии в резонаторе. Это достигается применением высококачественных зеркал, представляющих собой кварцевые пластины с диэлектрическим покрытием. Толщина диэлектрического слоя подбирается такой, чтобы получить максимальную интенсивность при интерференции лучей, отраженных от поверхности слоя для нужной длины волны . Поверхности зеркал обрабатываются с точностью до 0,01 .

Рис.4.

Зеркало З₁ имеет слегка вогнутую поверхность и коэффициент отражения 99%, а плоское зеркало З₂ – 98% и служит для выпуска луча лазера. Зеркала укреплены в оправах, снабженных регулировочными винтами для юстировки.

Оптические окна, ограничивающие трубку, ориентированы так, что угол падения света на поверхность стекла равен углу Брюстера: tg = n, где n – показатель преломления стекла, из которого сделаны окна. При этом свет, поляризованный в плоскости падения, не дает отраженного луча. Для света другой поляризации потери на отражение будут велики. Так как свет в среднем проходит каждое окно ~ 10^-5 раз, прежде чем выйдет из лазера, то излучение лазера такой конструкции будет полностью поляризовано.