Рис 3.10. Лампы с газовым разрядом и графини спектральной плотности излучения; б цеэиевая мощностью 100 Вт; в, г - циркониевая; д, е - гелиевая; ж, з -ртутная сверчЕЫСОкого давления.

б

r,CiwH. elf.

г, от и. ед.

0.8 0.0

¥ о,г

о

0,56 цт 0,72 0,80 0,88 П,9СЛ,ит г,отн. ед.

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 А,мнн

0,4 0,8 !,г ;,б г,о 2,4 г,8

0,4 0,450,5 0,6 0,7 Ifl 1 t,7 Л,мМ

К числу ртутных ламп относят также дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления (обозначаемые ДРЛ). Их выполняют в виде двух баллонов: внутреннего и наружного. Внутренний баллон наполнен парами ртути и аргоном и представляет собой ртутно-кварцевую лампу высокого давления. Спектр излучения газового разряда этой лампы лежит в ультрафиолетовой области, но путем нанесения соответствующего, люминофора на внутреннюю поверхность внешнего баллона грушеобразной формы (арсенат магния, активированный марганцем с добавкой лития) можно получить излучение в инфракрасной области спектра. Для повышения устойчивости люминофора пространство между внутренним и внешним баллонами заполняют инертным газом.

Лампы ДРЛ имеют два рабочих и два дополнительных электрода, служащих для зажигания. Время разгорания 6...7 мин. Как и лампы ДРШ, их включают в сеть с помощью пусковой аппаратуры, состоящей из дросселей и конденсаторов. Повторное зажигание возможно после охлаждения лампы (через 5-6 мин). Основные параметры электрических ламп типа ПЖ, КИ, ДРЛ и ДРШ приведены в табл. 3.11.

3.4. ЛАЗЕРЫ

Лазеры можно классифицировать по различным признакам. Одним из основных признаков является вид используемого активного вещества. По этому признаку различают кристаллические, стеклянные, полупроводниковые, газовые и жидкостные лазеры. В свою очередь, газовые лазеры подразделяют на ионные, молекулярные, газодинамические и лазеры на нейтральных атомах.

В зависимости от режима работы различают лазеры, работающие в режиме непрерывного излучения и в импульсном режиме. Лазеры различают также по частотному диапазону, методу накачки и способу охлаждения, однако такую классификацию на практике применяют редко.

К№дая из перечисленных групп лазеров отличается особенпостями хтстроийгва, а также параметрами и характеристиками. Эти вопросы детально рассматриваются во многих работах, опубликованных в Советском Союзе и за рубежом. В данном параграфе обобщены материалы по основным параметрам лазеров в предположении, что читателю известны принципы устройства и конструктивные особенности современных лазеров.

Определяя возможность использования лазеров в различных системах, исходят из следующих параметров:

1) диапазон длин волн и ширина спектра генерируемого оптического излучения;

2) энергетические параметры (выходная энергия или мощность излучения, к. п. д. преобразования электрической энергии источника накачки в энергию оптического излучения);

3) угловое расхождение и пространственная когерентность излучения;

4) временные характеристики излучения.

Кроме этих параметров, большое значение для практики имеют некоторые конструктивные характеристики лазеров (габаритные размеры, тип охлаждающего устройства, напряжение и мощность источника питания, возможность установки на движущемся объекте, влияние внешних условий на стабильность параметров и др.).

Лазеры на ионных кристаллах, или кристаллические, имеют определенные преимущества по сравнению с другими. Время жизни в возбужденном состоянии метастабильных уровней энергии ионов примесей в кристаллах велико (10-* с) по сравнению с соответствующим временем в газовых (10-* с) и полупроводниковых инжекционных (10- с) лазеров. Поэтому кристаллические лазеры выгодно использовать в качестве накопителей энергии и получать от них импульсы большой мощности (до 10 Вт).

Лазеры на ионных кристаллах целесообразно также применять в качестве непрерывно работающих источников излучения большой мощности. Это обусловлено тем, что ионы сильно разбавлены веществом основного кристалла, поэтому кристалл не надо охлаждать, как, например, в полупроводниковом лазере. Кроме того, в кристаллическом лазере можно получить большую мощность от объема вещества, который значительно меньше, чем объем газа, необходимый для получения той же мощности.

Режимы работы кристаллических лазеров могут быть стационарными и нестационарными. К стационарным относятся режимы непрерывной генерации, а также импульсный режим, при котором длительность импульсов накачки намного больше времени установления процесса генерации. К нестационарным режимам относятся мононмпульсный режим, создаваемый введением в резонатор оптического затвора, изменяющего добротность резонатора, и режим импульсной генерации при кратковременной или быстро изменяющейся накачке.

Рассматривая спектры излучения лазеров при решении инженерных задач, в первую очередь интересуются их грубой структурой - расположением полос излучения, не анализируя тонкую структуру. Расположение полос излучения (длина волны излучения) зависит главным образом от спектральных характеристик активной среды. Тонкая структура полос излучения определяется в основном свойствами резонатора и уширением линий люминесценции.

Наиболее широко применяют следующие активные среды: А120з:Сг+ (основная линия излучения соответствует длине волны = 0,6943 мкм); CaWOi: Nd=+ (К^ = 1,058 мкм); YA1G : Nd=+ {% = 1,0648 мкм); CaF : : Dy2+ (Яо = 2,358 мкм); СаРа : Sm2+ (Kg = 0,708 мкм); CaFg : Но8+ (К = 0,5512 мкм) и Сар2:из+ (Xq = 2,6130 мкм). Таким образом, длины волн излучений, генерируемых кристаллическил^и лазерами, лежат в диапазоне 0,55...2,6 мкм. Более подробные сведения об активных средах, используемых в кристаллических лазерах, и 6 рабочих температурных режимах приведены в табл. 3.12.

Важным фактором, определяющим спектр излучения лазера, является уширение линий люминесценции в активных средах. Причинами уширения