Читать онлайн «Большая Советская энциклопедия (ГА)». Страница 43

  В электрическом разряде СО2 -лазеров имеют место нежелательные эффекты, разрушающие инверсию населённостей, — разогрев газа и диссоциация его молекул. Для их устранения газовая смесь непрерывно «прогоняется» через разрядные трубы лазеров. Так происходит обновление активной среды. Для получения больших мощностей (несколько квт ) в непрерывном режиме газ прогоняют через трубку с большой скоростью и разряд происходит в сверхзвуковом потоке. Для того чтобы избежать потерь дорогостоящего Не, газовая смесь циркулирует по замкнутому контуру. Возбуждение электронным ударом производится либо в резонаторе, либо непосредственно перед поступлением смеси в резонатор. В лучших приборах практически все молекулы CO2 , влетающие в резонатор, уже возбуждены и за время пролёта через резонатор отдают энергию возбуждения в виде кванта излучения.

  Ионные лазеры (У. Бриджес, США, 1964). В ионных лазерах инверсия населённостей создаётся между электронными уровнями энергии ионизированных атомов инертных газов и паров металлов. Инверсия населённостей достигается выбором пары уровней, для которой нижний лазерный уровень обладает меньшим, а верхний — большим временами жизни. Необходимость создания большого количества ионов приводит к тому, что плотность тока газового разряда в ионных лазерах достигает десятков тысяч а/см2 Электрический разряд осуществляется в тонких капиллярах диаметром до 5 мм. При больших плотностях тока газ увлекается током от анода к катоду. Для компенсации этого эффекта анодная и катодная области разрядной трубки соединяются дополнительной длинной трубкой малого диаметра, обеспечивающей обратное движение газа.

  Ввиду высокой плотности тока для изготовления газоразрядных трубок ионных лазеров применяются металлокерамические конструкции или трубки из бериллиевой керамики, обладающие высокой теплопроводностью. Кпд ионных лазеров не превышает 0,01%. В области видимого света сравнительно высокой мощностью в непрерывном режиме обладают аргоновые лазеры. Аргоновый ионный лазер генерирует излучение с l = 0,5145 мкм (зелёный луч) мощностью до нескольких десятков вт. Он применяется в технологии обработки твёрдых материалов, при физических исследованиях, в оптических линиях связи, при оптической локации искусственных спутников Земли.

  Ионный лазер на смеси ионов аргона и криптона обладает способностью перестраиваться по длине волны (сменой зеркал) во всём видимом диапазоне. Он излучает мощность до 0,1 вт на волнах 0,4880 мкм (синий), 0,5145 мкм (зелёный), 0,5682 мкм (жёлтый) и 0,6471 мкм (красный луч).

  Весьма перспективен лазер на парах кадмия, работающий в непрерывном режиме в синей (0,4416 мкм ) и ультрафиолетовой (0,3250 мкм ) областях спектра и обладающий высокой монохроматичностью. Пары Cd образуются в испарителе, расположенном около анода (рис. 4 ). Они сильно разбавлены Не. Равномерное распределение Cd в газоразрядной трубке и подбор его концентрации достигаются увлечением паров Cd ионами Не от анода к катоду. Плотность паров Cd определяется температурой подогревателя. В охладителе около катода Cd конденсируется. Трубка диаметром 2,5 мм и длиной 140 см при давлении Не 4,5 мм рт. ст., температуре подогревателя 250 °С, токе разряда 0,12 а и напряжении 4 кв позволяет получить мощность 0,1 вт в синей и 0,004 вт в ультрафиолетовой областях спектра. Кадмиевый лазер применяется в оптических исследованиях (см. Нелинейная оптика ), океанографии, а также фотобиологии и фотохимии.

  Газодинамические лазеры (В. К. Конюхов и А. М. Прохоров, СССР, 1966). Характерной особенностью газов является возможность создания быстрых потоков газовых масс. Если предварительно сильно нагретый газ внезапно расширяется, например при протекании со сверхзвуковой скоростью через сопло, то его температура резко падает. При внезапном снижении температуры молекулярного газа колебательные уровни энергии молекул могут оказаться возбуждёнными (газодинамическое возбуждение). Существует СО2 -лазер с газодинамическим возбуждением. При газодинамическом возбуждении тепловая энергия непосредственно преобразуется в энергию электромагнитного излучения. Мощность излучения газодинамических лазеров, работающих в непрерывном режиме, достигает 100 квт.

Химические лазеры. Инверсия населённостей в некоторых газах может быть создана в результате химических реакций, при; которых образуются возбуждённые атомы, радикалы или молекулы. Газовая среда удобна для химического возбуждения, т. к. реагирующие вещества легко и быстро перемешиваются и легко транспортируются. Химические лазеры интересны тем, что в них происходит прямое преобразование химической энергии в энергию электромагнитного излучения. Примером химического возбуждения может служить возбуждение при цепной реакции соединения фтора с дейтерием, в результате которой получается возбуждённый дейтерид фтора DF, передающий в дальнейшем энергию своего возбуждения молекулам CO2 . Удаление продуктов реакции обеспечивает непрерывный характер работы этих лазеров.

  К химическим лазерам примыкают Г. л., в которых инверсия населённостей достигается с помощью реакций фотодиссоциации (распада молекул под действием света). Это быстропротекающие реакции, в ходе которых возникают возбуждённые радикалы или атомы. Существует лазер на фотодиссоциации молекулы CFз I (С. Г. Раутиан, И. И. Собельман, СССР). Диссоциация происходит под действием излучения ксеноновой лампы-вспышки. Осколком реакции является возбужденный атомарный ион I+

  Лит.: Квантовая электроника, М., 1969; Беннет В., Газовые лазеры, пер. с англ., М., 1964; Блум А., Газовые лазеры, «Тр. института инженеров по электронике и радиоэлектронике», 1966, т. 54, № 10; Пател К., Мощные лазеры на двуокиси углерода, «Успехи физических наук», 1969, т. 97, в. 4; Аллен Л., Джонс Д., Основы физики газовых лазеров, пер. с англ., М., 1970.

  Н. В. Карлов.

Рис. 3. СО2 -лазер.

Рис. 4. Схематическое изображение кадмиевого лазера: 1 — зеркала; 2 — окна для выхода излучения; 3 — катод (слева) и анод (справа); 4 — испаритель кадмия; 5 — конденсатор паров кадмия; 6 — газоразрядная трубка.

Рис. 2. Поперечное сечение конструкции гелий-неонового лазера для космических исследований.

Рис. 1. Схема уровней энергии вспомогательных и рабочих частиц газоразрядного лазера.

Га'зовый разря'д, совокупность электрических, оптических и тепловых явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через газ. См. Электрический разряд в газах .

Га'зовый режи'м шахты, распорядок, вводимый на шахтах (рудниках), опасных по выделению метана или водорода. Если шахта опасна не только по газу, но и по взрывчатой пыли, то вводится т. н. пыле-газовый режим.

  К опасным по газу относятся шахты, в которых хотя бы один раз и на одном пласте было обнаружено присутствие метана. В зависимости от газообильности шахты разделяются на 4 категории (табл.).

  Г. р. предусматривает выполнение организационно-технических мероприятий для предупреждения скопления газа до опасных пределов и появления источников воспламенения газа. Это достигается осуществлением интенсивной вентиляции выработок и дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород; применением таких способов работ и механизмов, при которых скопление газа минимально; регулярным контролем содержания газа в воздухе горных выработок при помощи газоопределителей и аппаратуры автоматического контроля и аварийного оповещения. Вторая группа мероприятий состоит в том, чтобы не допускать в шахте открытого пламени, раскалённых предметов и искр (достигается применением предохранительных взрывчатых веществ, электрооборудования в специальном исполнении, соблюдением предохранительных мер при ведении горных работ и др.).

  При разработке пластов, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям, при наличии слоевых скоплений метана Г. р. включает ряд дополнительных мероприятий. См. также Пылевой режим .

Категории шахт

Примечание. При делении шахт на категории по газообильности 1м3 водорода принимают равным 2м3 метана.

  С. Я. Хейфи.