MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT - A MTA III. OSZTÁLYÁNAK FIZIKAI KÖZLEMÉNYEI 34. KÖTET (1986)
34. kötet / 1. sz. - RÓZSA KÁROLY: Gáz- és fémgőzlézerek céljára alkalmazott üreges katódú kisülések
2 RÓZSA KÁROLY A lézer kisülési csövében gerjesztett részecskéket kell lehetőleg nagy koncentrációban létrehozni. Ezért a látható és ultraibolya fényt sugárzó gázlézerek gerjesztésében igen fontos szerepe van a kisülés nagyenergiájú elektronjainak. A térfogategységben időegység alatt keletkező gerjesztett részecskék száma elektrongerjesztés esetén az R , Na , ne(a(E) v) kifejezéssel adható meg, ahol Na az alapállapotú részecskék sűrűsége, ne az elektronok sűrűsége, a(E) az illető gerjesztett állapotnak az elektrongerjesztési hatáskeresztmetszete, v az atomok és elektronok relatív sebessége. A p(E) hatáskeresztmetszet erősen energiafüggő. A lassú elektronok energiája nem elegendő a magasan fekvő gerjesztett állapotok elérésére. Általánosságban elmondhatjuk, hogy látható és ultraibolya fényt sugárzó lézerek gerjesztéséhez (gerjesztési mechanizmustól függetlenül) olyan elektronok szükségesek, amelyeknek energiája meghaladja a 18—20 eV-ot. Egymásnak többszörösen ellentmondó feladat a lézer gázkisülési csövében nagy gáznyomás és nagy elektronsűrűség mellett az elektronok energiájának növelése. Ehhez járul hozzá a viszonylag nagy térfogatú homogén kisülés igénye is. (A kicsatolt lézerteljesítmény a gerjesztett atomok számával arányos, ez a térfogat növelésével nő.) A dolgozat tulajdonképpen végig ehhez a feladathoz kapcsolódik. A problémát az első és legelterjedtebb gázlézeren, a He—Ne lézeren kívánom bemutatni. A He—Ne lézer gerjesztése a kisülés pozitív oszlopú szakaszában jön létre. Az elektronok energiaeloszlása közelítően Maxwell-eloszlást követ, az elektronhőmérséklet növekszik, ha a gáz nyomását, vagy a kisülési erő átmérőjét csökkentjük. A lézerműködést létrehozó folyamat alapállapotú neon atomok reakciója metastabil He atomokkal. A metastabil He atomok elsősorban elektronütközéssel jönnek létre. A He—Ne lézer teljesítményének adott kisülési cső átmérő mellett a gáznyomás függvényében maximuma van. Ennél az értéknél a kisülés elektronjainak energia szerinti eloszlását az 1. ábra mutatja [1]. Láthatjuk, hogy még optimális működés esetén is, a lézer gerjesztéséhez az elektronoknak csak igen kis hányada hasznosítható. Ha az elektronok energiáját a gáz-1. ábra. Elektronok energiaeloszlása pozitív oszlopú He—He kisülésben, a lézerteljesítmény szempontjából optimális gáznyomáson. A bevonatkázott rész jelenti azt a tartományt, ahol az elektronok energiája elegendő a metastabil He atomok gerjesztéséhez