Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Первым газовым лазером стал лазер на смеси гелия и неона (He-Ne-лазер). Усиление оптических колебаний в дан­ной газовой смеси обеспечивает неон, и принциально можно обойтись вообще без гелия (генерация лазера на чистом неоне была получена в лабораторных экспериментах). Тем не менее роль гелия весьма важна, хотя и является вспомогательной — благодаря гелию усиление активной смеси значительно возра­стает.

Усиление в гелий-неоновой среде достигается на ряде длин волн. Эти длины волн составляют 1,15, 3,39 и 0,63 мкм; первые две длины волны лежат в инфракрасной области спектра, по­следняя— в видимой (красный свет).

Накачка гелий-неоновой смеси осуществляется тлеющим раз­рядом (чаще всего разрядом постоянного тока, но иногда и высокочастотным разрядом). Оптимальная плотность тока за­висит от давления газовой смеси и в среднем имеет порядок 10-1 А/см2. Оптимальное отношение давлений неона и гелия со­ставляет 1:5— 1:10 (гелия в кювете значительно больше, чем неона), а оптимальное полное давление смеси зависит от диа­метра трубки (кюветы) и при характерном для небольших лазеров диаметре 3—4 мм составляет 2—3 мм рт. ст. С уве­личением диаметра трубки оптимальное давление снижа­ется. .

Конструктивная схема гелий-неонового лазера (типичная и для многих других газовых лазеров) изображена на рис. 29. Газовая смесь в кювете возбуждается разрядом постоянного тока, для чего в нее введены электроды — катод и анод, под­ключенные к внешнему источнику постоянного тока (при воз­буждении высокочастотным разрядом катод и анод отсутст­вуют, а электрическое поле от генератора высокой частоты подводится к электродам, наложенным на трубку извне): Напря­жение источника зависит от длины разрядного промежутка и для трубок длиной несколько дециметров составляет 1—2 кВ. Выходные окна кюветы, через которые проходит генерируемое излучение, расположены на торцах трубки и представляют со­бой плоско-параллельные пластинки, наклоненные под углом Брюстера к оси трубки. Напомним, что если угол ф между осью пучка излучения и нормалью к поверхности диэлектрика (в данном случае — окна трубки) удовлетворяет условию tg|) = AZ, где п — показатель преломления диэлектрика, то коэф­фициент отражения для волны, поляризованной в плоскости падения, равен нулю; угол гр = arctg лг называется углом Брю­стера. Такое расположение окон обеспечивает минимальность вносимых в резонатор оптических потерь и одновременно обес­печивает практически 100%-ную линейную поляризацию гене­рируемого излучения, поскольку потери малы лишь для волны, вектор электрического поля которой лежит в плоскости паде­ния на окна (так называемая р-поляризация). Для волн с дру­гой поляризацией потери больше, и усиление, которое в гелий­неоновой смеси невелико, оказывается недостаточным для вы­полнения условия генерации.

Резонатор He-Ne-лазера образуется парой зеркал с много­слойным диэлектрическим покрытием; коэффициент отражения одного из них близок к 100%, а’второе пропускает часть па­дающего излучения (1—2%) и обеспечивает таким образом его вывод из резонатора. Конфигурация зеркал выбирается обычно такой, чтобы при данных размерах резонатора (рас-

стоянии между зеркалами и диаметре трубки) мог излучаться только низший поперечный тип колебаний — волна ТЕМоо; та­кие лазеры принято называть одномодовыми.

Соответствующим выбором зеркал можно обеспечить гене­рацию He-Ne-лазера на любой из трех длин волн — 3,39 мкм, 1,15 мкм, 0,63 мкм. Коэффициент усиления гелий-неоновой смеси максимален для первой из этих длин волн и минимален для последней (~ 10-3 см-1); тем не менее, большинство про­мышленно выпускаемых He-Ne-лазеров работает именно на волне 0,63 мкм, поскольку это излучение хорошо воспринима­ется глазом и наиболее распространенными фотоэлектриче­скими приемниками.

Мощность, излучаемая He-Ne-лазерами в непрерывном ре­жиме (другие режимы в этих лазерах почти не используются), обычно невелика и составляет от десятых долей милливатта для самых миниатюрных приборов до 100 мВт для лазеров с длиной трубки более метра. Коэффициент полезного действия He-Ne-лазера очень низок — сотые доли процента. Тем. не ме­нее лазеры этого типа получили широкое распространение бла­годаря целому ряду достоинств.

Спектральная ширина кривой усиления гелий-неоновой смеси мала: интервал усиливаемых частот имеет ширину ~109 Гц, что соизмеримо с разностью частот между соседними продольными модами резонатора (Av=c/2L, где L — длина ре­зонатора). Поэтому в лазере с резонатором небольшой длины легко обеспечивается генерация не только низшего попереч­ного, но и единственного продольного типа колебаний (одно­частотный лазер). Излучение имеет в этом случае высокую спектральную чистоту и стабильность, пространственную одно­родность и малую расходимость, близкую к дифракционному пределу. Это делает He-Ne-лазер очень удобным для приме­нения в интерферометрических измерительных приборах, гео­дезических светодальномерах, юстировочных устройствах и

разнообразной аппаратуре для привязки положения тех или иных объектов к прямой линии или поверхности, образованной заданным движением лазерного луча. Современные He-Ne-ла — зеры имеют высокую надежность и большой срок службы, чему способствуют относительная простота конструкции, незначи­тельные энергопотребление и тепловыделение.

Комментарии запрещены.