Cтраница 2
Если электроны в разряде имеют более высокую энергию, то может происходить ионизация атомов гелия. Появившиеся в результате разряда возбужденные атомы гелия сталкиваются с невозбужденными атомами неона - другого газа смеси. [16]
Существуют указания об образовании в разрядных трубках газообразных соединений аргона и криптона, а возможно, и гелия со ртутью. Существуют указания о соединениях возбужденных атомов гелия с металлами и металлоидами. [17]
Одна из основных характеристик детектирования - зависимость сигнала от концентрации - удовлетворительно описывается формулой Платцмана. Это связано с тем, что скорость процесса образования возбужденных атомов гелия и их поступление в камеру ионизации не зависят от концентрации анализируемого вещества, так как в камеру возбуждения при правильно выбранных условиях работы детектора анализируемое вещество не поступает. Поток гелия через камеру возбуждения не только переносит метастабильные атомы в камеру ионизации, но и предотвращает поступление анализируемого вещества в камеру возбуждения. При малых потоках детектор может полностью потерять чувствительность. Чрезмерно большие потоки также невыгодны в связи с разбавлением анализируемого вещества в камере ионизации. В рассматриваемом детекторе чувствительность максимальна при расходе гелия, проходящего через камеру возбуждения, около 40 см3 / мин и расходе газа-носителя, поступающего в камеру ионизации, около 60 см. / мин. [18]
Одна из основных характеристик детектирования - зависимость сигнала от концентрации - удовлетворительно описывается формулой Платцмана. Это связано с тем, что скорость процесса образования возбужденных атомов гелия и их поступление в камеру ионизации не зависят от концентрации анализируемого вещества, так как в камеру возбуждения при правильно выбранных условиях работы детектора анализируемое вещество не поступает. Поток гелия через камеру возбуждения не только переносит метастабильные атомы в камеру ионизации, но и предотвращает поступление анализируемого вещества в камеру возбуждения. При малых потоках детектор может полностью потерять чувствительность. Чрезмерно большие потоки также невыгодны в связи с разбавлением анализируемого вещества в камере ионизации. [19]
В одном из газовых оптических квантовых генераторов усиливающей средой служит плазма высокочастотного газового разряда, полученная в смеси гелия с неоном. За счет соударений с электронами атомы гелия переходят в возбужденное состояние W3 - При столкновениях возбужденных атомов гелия с атомами неона последние также возбуждаются и переходят на один из верхних уровней неона, близко расположенных к соответствующему уровню гелия. Переход атомов неона с этого уровня на один из нижних уровней W2 сопровождается излучением лазера. [20]
В одном из газовых оптических квантовых генераторов усиливающей средой служит плазма высокочастотного газового разряда, полученная в смеси гелия с неоном. Вследствие соударений с электронами атомы гелия переходят в возбужденное состояние УЪ. При столкновениях возбужденных атомов гелия с атомами неона последние также возбуждаются и переходят на один из верхних уровней неона, близко расположенных к соответствующему уровню гелия. При переходе атомов неона с этого уровня на один из нижних уровней Wi осуществляется излучение лазера. На рис. 40.6 изображена упрощенная трехуровневая энергетическая диаграмма такого лазера. [21]
Однако этих правил запрета нет для электронов, и в результате электронных ударов на этих метастабильных уровнях накапливается очень много атомов гелия. Принципиальным моментом является то, что эти уровни гелия почти совпадают с уровнями 2 и 3 неона. Благодаря этому при столкновениях возбужденных атомов гелия с невозбужденными атомами неона интенсивно происходят безызлучатель-ные переходы атомов гелия в основное состояние с резонансной передачей энергии атомам неона. Этот процесс возбуждения атомов неона на рис. 6.8 изображен пунктирными стрелками. В результате такого резонансного возбуждения концентрации атомов неона на уровнях 2 и 3 сильно возрастают, и возникает инверсная заселенность уровней по отношению к уровням 1 и 4, что и приводит к лазерному эффекту. Опустошение уровня 1 происходит за счет переходов на уровень 5, снятие возбуждения с которого обусловлено столкновениями атомов неона со стенками трубки. Поэтому эффективность гелий-неоновых лазеров оказывается максимальной при вполне определен ном диаметре стеклянной трубки. [22]
Но генерация, наблюдающаяся в чистом неоне, очень слаба. Среди возбужденных уровней атома гелия уровни Е ч и Ез близки по энергиям к уровням EI и Ез неона. Это обстоятельство делает возможной резонансную передачу энергии возбужденными атомами гелия атомам неона при неупругих столкновениях. Возбуждение атомов гелия осуществляется электронными ударами. [23]
Практически накачка осуществляется по трехуровневой схеме ОКГ. В одном из газовых ОКГ усиливающей средой служит плазма ( III.3.6. Г) высокочастотного газового разряда ( III.3.3.1 е), полученная в смеси гелия с неоном. На рис. VI.2.12 изображена упрощенная трехуровневая энергетическая диаграмма такого лазера. При столкновениях возбужденных атомов гелия с атомами неона последние также возбуждаются и переходят на один из верхних уровней неона. [24]
Гелий-неоновый газовый лазер представляет особый интерес в связи с темой данной главы. Неон является веществом, которое способно обнаруживать лазерное действие. Однако инверсная заселенность в нем достигается в результате переноса энергии от возбужденного состояния гелия к неону, который таким образом переводится в возбужденное состояние. Для такого возбуждения неприменимы обычные правила отбора. Многие из возбужденных атомов гелия в конце концов попадают в низшее возбужденное состояние 35i ( конфигурации ls 2s) либо непосредственно в результате возбуждения, либо в результате распада высокоэнергетических возбужденных состояний. Излуча-тельный переход из состояния 35 в синглетное основное состояние запрещен по спину, вследствие чего состояние 35i обладает сравнительно большим временем жизни. Это состояние лежит приблизительно на 1 6 - 10Г) см-1 над основным состоянием гелия. Высшее энергетическое состояние конфигурации Is22s22p54s1 неона [ эту конфигурацию мы сокращенно обозначим символом ( Ne, 4s) ] лежит всего на 314 см - ниже по энергии, чем указанное возбужденное состояние, относительно основного состояния неона. В такой ситуации возможен резонансный перенос энергии, при котором энергия возбуждения переходит от гелия к неону. Состояния конфигураций ( Ne, Зр) и ( Ne, 3s) расположены между конфигурацией ( Ne, 4s) и основным состоянием. Они не заселяются возбужденным гелием; следовательно, создается инверсная заселенность между различными возбужденными состояниями неона. [25]
Столкновения атомов с электронами в процессе газового разряда переводят электроны в атомах не только на верхний уровень, что необходимо для создания активной среды, но и на все остальные уровни, бесполезно растрачивая энергию. Чтобы заставить их переходить исключительно на нужный уровень, к основному газу подмешивают вспомогательный. Сам он не генерирует света, но зато обладает полезной особенностью: его электроны под действием разряда скапливаются практически только на одном энергетическом уровне. Электрон в атоме гелия вернется на свой нижний уровень, а электрон рабочего атома перейдет на более высокий и к тому же вполне определенный уровень, номер которого зависит от величины избыточной энергии электрона в возбужденном атоме гелия. [26]
Гелиево-неоновый лазер имеет оранжево-красное излучение при длине волны 6329 А с выходной мощностью порядка нескольких милливатт. Пропускание лазерного излучения имеет место между энергетическими уровнями неона, гелий же используется для оптической накачки неона и создания инверсной заселенности. При пропускании через гелий электрического тока его атомы переходят в возбужденные состояния в результате столкновения со свободными электронами и затем ступенчато спускаются на соответствующие энергетические уровни. Те атомы, которые попадают на уровни 235 и 2 ls, остаются там в течение длительного времени. Постепенно атомы собираются на тех уровнях, заселенность которых достаточно высока. При столкновении возбужденного атома гелия с невозбужденным атомом неона возбуждение переносится на последний. [27]