Введение к работе
Актуальность проблемы. Лазеры на парах металлов (ЛПМ) являются эффективными источниками когерентного излучения, обеспечивающие высокие средние и пиковые М01ЦНОСТИ генерации при сравнительно больших значениях КПД, как в импульсном, так и в непрерывном режимах функционирования. Это предопределяет постоянный интерес к изучению процессов, происходящих в активных средах (АС) лазеров на парах металлов, поиску новых АС и способов их накачки, режимов работы, совершенствованию конструкций ЛПМ.
Для накачки активных сред ЛПМ используют различные типы продольного, поперечного газового разряда (ГР), пучки и потоки заряженных и нейтральных частиц. Наиболее легкоорганизуемым из них является продольный IT, в котором электрическое поле приложено вдоль АС. Такой ГР может функционировать в непрерывном, импульсном, пмпульсно-периоднческом режимах и позволяет вкладывать в АС практически любые энергии и мощности.
Активная среда ШШ представляет из.себя парогазовую систему - смесь пара металла и буферного газа. В качестве последнего используется инертный газ. В общей случае роль буферного газа заключается в инициировании газового разряда, обеспечении теплового режима работы лазерной газоразрядной трубки (ГРТ) и в удержании паров металла в активном объеме за счет уменьшения их диффузии из горячей в холодную области ГРТ.
Для газоразрядных ЛПМ стремление работать при еысоких давлениях АС связано, в первую очередь, с желанием увеличить абсолютные и удельные энергетические параметры лазерной гене-радии. Для подавляющего большинства газоразрядшх ЯШ типичным является экстремальный характер зависш.юсти j.-ощпости излучения от давления среды, причем оптимальное давление (соответствующее .максимальным значениям мощности генерации и эффективности) не превышает 10 кПа. .
С появлением АС, которые либо способны генерировать лазерное излучение при високих давлениях или принципиально нуждаются в таких давлениях для образования инверсии паееленнос-теП становится актуальным и соответственно необходимым исследование газоразрядных лазеров на парах металлов высокого дав-
ления.
Необходимо заметить, что характерной чертой самого ГР при высоких давлениях является его внутренняя неустойчивость. Разряд контрагирует, т.е. образовывается токовый шнур, в котором степень ионизации и температура газа резко повышены по сравнений о обычным тлеющим ГР, тем самым контракція ограничивает применимость ГР для накачки газовых лазеров высокого давления. Соответственно нуждается в изучении и функционирование ГР при высоких давлениях парогазовых смесей - активных сред ЛПМ.
Целью настоящей работы являлось исследование лазеров на парах металлов, возбуждаемых продольным газовым разрядом при больших давлениях активной среды.
В ра\осах данной цели решались .следующие задачи:
I. Исследование возможности функционирования продольного газового разряда в парогазовых смесях высокого давления, механизмов, обеспечивающих устойчивое однородное горение и возможности возбуждения им лазеров на парах металлов.
Z. Исследование генерационных характеристик лазеров на парах металлов высокого давления, возбуждаемых продольным им-пульсно-периодическим газовым разрядом.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
1. Показано, что пар металла, как легкоионизуемая компо
нента парогазовых смесей активных сред лазеров на парах метал
лов обеспечивает функционирование в них однородного продольно
го шпульсно-периодического газового разряда до давлений газа,
как минимум Ь атм при средних мощностях накачки 25 кВт/и
в газоразрядных трубках большого диаметра.
-
Продемонстрирована принципиальная возможность генерации когерентного излучения в лазерах «а парах металлов при возбуждении их продольным газовым разрядом до давлений активной среды Б атм. Для Не-и.П лазера мощность и зф^ективн-опть генерации растут с увеличением давления гелия, по крайней мере, до и,5 атм. При этом давлешш мощность квазинепре-рывноп гешрации достигала 165 Зг/саг по сравнению с 40 йг/ог с .наилучшим результатом при атмосферном давлении.
-
Лрозедено исследование характеристик генерації!! лазеров на парах ионпзирмн&ажэс^европия С 7РЧ - -& , -А І.С0І9 >кіг)
и стронция ( 6л5^г-5йР%2, А= 430,5 им) возбуждаемых продольным кмпульсно-периодпческим газовым разрядом при атмосферном давлении буферного газа - гелия при мощностях накачки до 10 кВт.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
-
В результате исследований, оптимизаций'условий возбуждения и совершенствования конструкции газоразрядной трубки получены выходные характеристики Не - Еий лазера, делающие его одним из са-жх моцных и эффективных среди ионных лазеров на парах металлов. Пслученп средняя мощность генерации —13 Вт и КПД ~ 0,24,3.
-
Предложенная схеиа питания рекоибипациопных лазеров, суцествеино упрощает работу с п;;і:п и позволяет получать иемень-ше мощности генерицш при тех же КПД, по сравнению с традиционно используеноГ; схемой Елюнляйна. В Не -Sc» лазере получены мощность генерацій;-к! іЗт и КПД-0,1$.
Положения выносимые на защиту:
-
Существует диапазон соотношений концентраций компонент парогазовой смеси - пара металла и буферного газа, обеспечивающий самостабилизацни газового разряда и позволяющий получать объёмный продольный имлульсно-пэриодичеекмй ГР до давлений на монее 5 агм при шцноотях накачки 25 к&г/м в газоразрядных трубках большого диаметра ( дос1-= 2,7см).
-
В лазерах на парах металлов со столкновительным девоз- ' буядением нижнего уровня, на примере активной среды Не - Ей, возбуждаемых продольным импульсно-пориодичгокш ГР рзализуетоя гзнэрация когерентного излучения до давлений АС не менее 5 ато
о моїцностью кваэинепрорывной генерации до 160 Вт/см3,причем доя данного лазера мощность w эффективность генерацій растут о увеличением давленлл гелия.
3. Экспериментальные рошекия, связанные с независимым вво
дом пара металла в газоразрядный промежуток лазеров на парах ие-
таллов {Не - Еий и Не — SrJ лазеры) и о формированием заднего
фронта импульса возбулсдения путём включеная дополнительного ком
мутатора ( На -SrH лазер) позволяют получать параметры генерации
при атмосферном давлении: Не - Еийлаэер - Рг«13 Вт, КПД«0,24Ч;
&
Не -Згїї лазер - Рг«2 Вт, КПД~0,Ц.
4. Мощность генерации газоразрядного Не - Еий лазера атмосферного давления увеличивается без снижения КПД'с ростом частоты следования импульсов (до 30 кГц) и мощности накачки <до 20 кБт/м).
Апробация работы
Оснозіше результаты работы докладывались на:
-
Всесоюзных семинарах "Лазеры на парах металлов и их применение", г.Новороссийск, 1989; г.Лазаревское, 1991; г.Туапсе, 1993.
-
Всесоюзном семинаре "Спектроскопия активных сред гасорааряд-ных.лазеров", г,Таллин, 1990.
-
ХІУ '."ездународной конференции "Когерентная и Нелинейная Оптика", г.Ленинград» 1951.
-
Конференции "Гллульсние л аз ерь на переходах атомов и молекул", г.Томск, 199г.
-
УІІ Конференции "Оптика лазеров", г.Санкт-Петербург, 1993.
Основные материалы диссертации излажены в 7 публикациях.
Структура и объём диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глац, заключения. Содержит ifyQ страниц текста, 3 табліци, 29 рисунков и список литературы из 142 наименований.
