Введение к работе
Актуальность работы
Разработка и исследование лазеров высокого давления на атомных переходах инертных газон является в настоящее время одним из интенсивно развивающихся направлений квантовой электроники. Помимо общих преимуществ, характерних для всех тазовых лазеров высокого давления, таких как дешевизна и высокая однородность активных сред, возможность возбуждения больших лазерных объемов и т.д., лазеры на инертных газах не оказывают вредного экологического воздействия на окружающую среду и обладают при этом удобным набором длин волн в видимой и ближней ИК областях спектра (Л. = 0,585 - 3,65 мкм), весьма перспективным для практического использования в технологии, медицине, связи, лазерном мониторинге, локации и в других приложениях.
Особенно большие успехи достигнуты к настоящему времени в исследовании лазеров ближней Ж области спектра на nd-(n~l)p переходах Аг, кг и, особенно, Хе. За более чем двадцатилетнюю историю таких исследований усилиями значительного количества научных групп в СМ, Европе и Японии при достойном участии отечественных ученых, в том числе и членов экспериментальной группы, где выполнена настоящая диссертация, лазеры этого типа были выведены на качественно новый уровень, что поставило их в один ряд с наиболее мощными из известных лазерных систем.
В то же время заметно меньшее внимание уделялось пеннинговским яазерам на 3p-3s переходах атома Ne, являющихся предметом исследо-зания в настоящей работе, В таких лазерах накачка верхних Зр уров-іей лазерных, переходов осуществляется в селективных реакциях диссоциативной рекомбинации молекулярных ионов с электронами, а расселе-
- 4 -нив нижних 3s уровней - за счет использования высокоэффективных р акций пеннинг- и ассоциативной ионизации. Однако, хотя этот кваз непрерывный по своей природе механизм создания инверсии был предл жен теоретически уже в 1970 году (практически одновременно с запу ком лазера высокого давления на 5d-6p переходах Xel), впервые ква непрерывная генерация на одном из 3p-3s переходах с длиной вол Л. = 585,3 нм была получена только в 1984 году.
Таким образом к моменту постановки данной работы в 1984 год объем экспериментальных результатов' по лазерам на Ne был сравн тельно невелик. Так генерация была получена лишь на одном из Зр-; переходов, в то время как структура лазерных уровней позволяла \н. деяться на получение квазинепрерывной генерации на еще нескольк переходах. Не были определены энергетические возможности лазерв схемы. Не исследовались динамические характеристики лазера - таю как временной ход усиления и поглощения излучения на лазерных пері ходах. Отметим также, что несмотря на почти семидесятилетнюю ист< рию исследования механизма пеннинговской ионизации, константы ск< ростей некоторых пеннинговских реакций оказались исследованнш явно недостаточно и могли явиться предметом отдельного подробно] исследования в диссертации.
Цель работы
Основная цель настоящей работы заключается в создании мощн газовых лазеров высокого давления на 3p-3s переходах Ые1 с пенни говской очисткой нижних лазерных уровней, исследовании динамики работы, оптимизации выходных характеристик и измерении скорості параметров основных кинетических процессов, ответственных за расе лэние нижних уровней лазерных переходов..
Научная новизна работы
В рамках поставленной задачи в данной работе впервые:
-получена генерация на неисследованных ранее (в том числе и в азерных средах ніізкого давлэния) Зр-Зз переходах атома Ne с длина-и волн X = 703,2 и 724,5 нм;
-исследованы генерационные характеристики лазеров с длинами элн А. = 585,2, 703,2 и 724,5 нм в области высоких (до 10 атм) дав-эний активных сред при электроннопучковой накачке с плотностью то-а j = 1,7.А/см2;
-методом прямого зондирования лазерным сигналом исследована инамика коэффициентов усиления слабого сигнала этих лазеров;
-методом абсорбционного зондирования проведено прямое измере-лв величины "горячего" поглощения лазерными средами излучения в іектральннх интервалах, соответствующих лазерным линиям с А. -35,2, 703,2 и 724,5 нм;
-методом абсорбционного зондирования измерены константы скоро-гей дезактивации 1р состояния атома Ne при пеннинтовской иониза-зи Аг, Кг и Хе, уточнены константы скоростей столкновительной деактивации в тех же реакциях остальных 3s состояний Ne и константы хоростей эксимеризации и виутримультиплетной релаксации 3s состояли КЄ в чистом Ne.
Практическая ценность работы
-созданы мощные лазерные системы видимой области спектра с инами волн \ - 703,2 и 724,5 нм;
-достигнуты рекордные для исследуемого класса лазеров энерге-ческие параметры выходного излучения на уровне до 1,5 Дж;
-определены значения и временной ход коэффициентов усиления
слабого сигнала и коэффициентов "горячего" поглощения для оптимизированных активных сред лазеров с Л. = 585,2, 703,2 и 724,5 нм;
-уточнена кинетика тушения нижних лазерных уровней в реакцию пеннинговской ионизации, эксимеризации и внутримультишютной релаксации.
Защищаемые положения
-при использовании активных сред с содержанием буферного газг менее 70 % возможно получение мощной лазерной генерации на переходах Nel с длинами волн X - 703,2 и 724,5 нм;
-в оптимизированных рабочих смесях даннинговских лазеров на Nel эффективность вывода излучения из резонатора может превышать значение т\ = 80 % для лазеров с длинами волн к = 585,2 и 724,5 нм и значение т] = 50 % для лазера с длиной волны X ~ 703,2 нм;
-при использовании в качестве расселителя нижних лазерных уровней таких лазеров тяжелых инертных газов процесс расселения уровня шС?^) перехода с длиной волны К = 585,2 нм практически полностью определяется реакциями пеннинговской и ассоциативной ионизации, суммарная константа скорости которых (2 - 3)-10-9 см3/с более чем на порядок превышает константы скоростей аналогичных реакций для других 3s состояний атома Ые;
Апробация работы
Материалы, вошедшие в диссертацию, доложены на Всесоюзном семинаре "Процессы ионизации с участием возбужденных атомов" (Ленинград, 1988), 21-й Европейской конференции по взаимодействию лазерного излучения с веществом (Варшава, 1991), на Мевдународной конференции "Оптика лазеров *93" (С.-Петербург, 1993) и опубликованы в работах [28,37-45].
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и дложения. Общий объем диссертации - 177 страниц машинописного кета, включая 44 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 9 наименований.
