Робочими речовинами в цих газових лазерах є сильно іонізовані інертні гази (Хе ксенон, Кr криптон, Аr аргон, Ne неон), а також іони Р (фосфору), S (сіри) і С1 (хлора). У іонних газових лазерах лазерні переході відбуваються між рівнями іонізованих атомів, причому ступінь іонізації може бути дуже великим.
Т. я. перш ніж порушити іонні рівні потрібно спочатку іонізувати нейтральні атоми, іонні лазери вимагають для своєї роботи пропускання черев газ дуже великих струмів щільністю до декілька тис. А/см2. Струм пропускають через газ, поміщений в тонкий (діаметром ~5 мм) довгий капіляр. Капіляр охолоджується, в для збільшення концентрації електронів в центрі капіляра створюють подовжнє магнітне поле. Таке поле стискає розряд в капілярі і не дає йому стосуватися стінок. Поле створюється або соленоїдом, або постійними магнітами.
Зважаючи на високу щільність струму для виготовлення газорозрядних трубок іонних лазерів застосовуються металокерамічні конструкції або трубки з берилієвої кераміки, що володіють високою теплопровідністю. Ккд іонних лазерів не перевищує 0,01%. В області видимого світла порівняно високою потужністю в безперервному режимі володіють аргонові лазери. Аргоновий іонний лазер генерує випромінювання з l = 0,5145 мкм (зелений промінь) потужністю до декількох десятків Вт. Він застосовується в технології обробки твердих матеріалів, при фізичних дослідженнях, в оптичних лініях зв'язку, при оптичній локації штучних супутників Землі.
Іонний лазер на суміші іонів аргону і криптону володіє здатністю перебудовуватися по довжині хвилі (зміною дзеркал) у всьому видимому діапазоні. Він випромінює потужність до 0,1 Вт на хвилях 0,4880 мкм (синій), 0,5145 мкм (зелений), 0,5682 мкм (жовтий) і 0,6471 мкм (червоний промінь).
Іонні лазери є найпотужнішими джерелами когерентного світла у видимому і ультрафіолетовому діапазонах. Такий лазер може пропалювати в металі отвори, його випромінювання можна використовувати для генерації короткохвильових оптичних гармонік). Головна трудність створення іонних лазерів - руйнування капіляра. Із-за бомбардування його стінок електронами і іонами в потужному розряді стінки капіляру виснажуються, покриваються тріщинами і капіляр руйнується.
Рис. 5. Схема лазера на аргоне: 1 — окна под углом Брюстера; 2 — катод; 3 — система охлаждения; 4 — керамический капилляр; 5 — обмотка соленоида; 6 — анод; 7 — обводной канал
65. Лазер на СО2, хімічний лазер.
В газорозрядних CО2 -лазерах інверсія населенностей досягається збудженням молекул електронним ударом і резонансною передачею збудження. Для передачі енергії збудження служать молекули азоту N2, що збуджуються, у свою чергу, електронним ударом. Зазвичай в умовах тліючого розряду близько 90% молекул азоту переходить в збуджений стан, час життя якого дуже великий. Молекулярний азот добре акумулює енергію збудження і легко передає її молекулам CО2 в процесі непружних зіткнень. Висока інверсія населенностей досягається при додаванні в розрядну суміш Не, який, полегшує умови виникнення розряду, охолоджує розряд і сприяє спустошенню нижніх лазерних рівнів молекули CО2. Ефективне збудження СО2 - лазеров може бути досягнуте хімічними або газодинамічними методами.
СО 2 -лазери володіють високою потужністю (найбільша потужність лазерного випромінювання в безперервному режимі) і високим ККД близько 15—20%. При збудженні молекул CО2 електронним ударом і довжині газорозрядної труби 200 м СО2-лазер випромінює потужність 9кВт. Існують компактні конструкції з вихідною потужністю в 1 кВт. СО2-лазери можуть принципово ефективно працювати і в імпульсному режимі.
В електричному розряді СО2-лазеров мають місце небажані ефекти, руйнівні інверсію населенностей, — розігрівання газу і дисоціація його молекул. Для їх усунення газова суміш безперервно «проганяється» через розрядні труби лазерів. Так відбувається оновлення активного середовища. Для здобуття великих потужностей (декілька кВт) в безперервному режимі газ проганяють через трубку з великою швидкістю і розряд відбувається в надзвуковому потоці. Для того, щоб уникнути втрат дорогого Не, газова суміш циркулює по замкнутому контуру. Збудження електронним ударом виробляється або в резонаторі, або безпосередньо перед вступом суміші в резонатор. У кращих приладах практично всі молекули CО2 , що влітають в резонатор, вже збуджені і за час прольоту через резонатор віддають енергію збудження у вигляді кванта випромінювання.
Потужні лазери на СО2 можна з успіхом застосовувати для різки і зварки металів, для світлової локації, а також як потужного перебудовуваного по частоті джерела світло (через можливості генерації на великому числі переходів між тісно розташованими рівнями).
Рис. 3. Схематическое изображение СО2-лазера с быстрой поперечной прокачкой: 1 — вентилятор (компрессор); 2 — область разряда; 3 — теплообменник.
