Введение к работе
Актуальность работы. Большие материальные средства, вложенные в разработку электроразрядных СС^-лазеров, и участие в ее реализации значительных интеллектуальных сил на протяжении многих лет предопределило высокую степень проработки этих лазеров. СС^-лазеры обладают большой мощностью при высоком КЦЦ и могут иметь малую расходимость выходного излучения с высокой степенью когерентности. Они не требуют особых условий гигиены при сборке и эксплуатации. В силу перечисленных причин интерес к этому типу лазеров не ослабевает, несмотря на конкуренцию со стороны твердотельных и эксимарных лазеров.
В настоящее время повышение направленности выходного лазерного излучения, с заданными энергетическими характеристиками, а также достижение предельных энерговкладов при стабильной и надежной работе остаются наиболее актуальными задачами, стоящими перед разработчиками лазеров. Для большинства применений лазеров эти требования постоянно ужесточаются. Одним из важнейших факторов, влияющих на расходимость и когерентность лазерного излучения, является однородность активной среды (АС). В эле-ктроразрядных С02~лазерах однородность АС во многом определяется однородностью энерговклада, связанного с физикой и способом организации объемного разряда, а также конструктивными особенностями лазерных устройств.
Для успешного решения указанных выше проблем необходимы соответствующие диагностические методы и средства. Одними из наиболее эффективных методов исследования АС газовых лазеров являются голографические методы. С помощью голографических ме-
тодов получают информацию о показателе преломления АС с высо-ким разрешением в пространстве иуво времени. Изучая неоднородности, возникающие в АС, можно исследовать сами физические процессы, ответственные за появление возмущений и выяснить их влияние на выходные характеристики лазера.
Целью данной раооты является разработка голографических методик и проведение с их помощью исследований: физических процессов, влияющих на однородность энерговклада и оптическую однородность АС мощных электроразрядных СС^-лазеров различного типа и назначения; характера газодинамических процессов, обусловленных импульсным, импульсно-периодическим и непрерывным вкладом энергии в газовый разряд; развития неустойчивости в объемном несамостоятельном разряде.
Научная новизна. Разработаны методики,наиболее полно реализующие голографические методы и средства исследования АС мощных газовых лазеров различного типа и назначения. С помощью этих методик получены новые сведения о природе физических процессов, стимулирующих формирование и развитие неоднородностей в АС электроразрядных ^-лазеров, в том числе:
- обнаружен новый тип оптических неоднородностей в АС электроразрядных лазеров при традиционном способе организации объемного разряда с помощью источников предыонизации. Показано,, что они обусловлены неоднородным энерговкладом вследствие
пространственной неравномерности потока ионизирующих частиц в
* —, >
результате его прохождения через один из электродов газоразрядной камеры. 7становлено, что масштаб, вид и динамика формирования неоднородностей этого типа определяются геометрией электродов, кинетикой и газодинамическими свойствами газа;
в условиях короткого импульса накачки ~1,5 мюсамо-стоятельным разрядом получены пространственно-временные распределения плотности волн сжатия и разрежения, возникающие на границах области, занятой лазерным излучением, в результате эффекта теплового самовоздействия;
получены количественные результаты, позволившие существенно расширить представление о физике развития неустойчивос-тей в объемном несамостоятельном разряде в виде прорастающих токовых шнуров и о сопутствующих их развитию процессах. Установлены особенности в динамике, геометрической форме и характере пространственного распределения концентрации электронов
в канале токового шнура на разных стадиях их развития.. Обнаружены локальные области (~1 мм) вблизи поверхности анода с повышенной концентрацией электронов ~1Т0 см-3, которые расположены напротив токовых шнуров, движущихся с катода. Научная и практическая значимость.
-
С помощью разработанной методики осуществлены исследования. АС мощных крупногабаритных СОо-лазеров с объемом АС свн-ше 0,1 м , а также эксимерных лазеров.
-
Результаты исследования мощных СО^-лазеров импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действий использованы при разработке и конструировании лазеров различного типа и назначения, а также для совершенствования действующих лазерных устройств и оптимизации их режимов работы.
-
Предложен способ измерения температуры газа в зоне генерации, основанный на измерении скорости волны разрежения самовоздействия путем последовательной регистрации ее местополо-
- 6 .-
жения методами голографической интерферометрии и зависимости скорости волны разрежения от температуры среды, по которой она движется.
4. Полученные результаты о структуре и скорости распространения токовых шнуров могут быть использованы при разработке аппаратуры, позволяющей прогнозировать пробои разрядного промежутка и управлять объемным разрядом.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях по явлениям в ионизованных газах в Гренобле (Франция, 1979 г.), Минске (1981 г.), Дюссельдорфе (ФРГ, 1983 г.); на У Всесоюзной конференции по физике низкотемперагурной плазмы, Киев (1979 г.); на Ш Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград (1981 г.). Результаты работы докладывались на семинарах в ГОИ им.С.И.Вавилова, Институте проблем механики, Филиале института атомной энергии им.И.В.Курчатова.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ в научных журналах и трудах международных и всесоюзных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 133 страницы машинописного текста, 60 рисунков, 3 таблицы и список литературы, включающий 149 наименований.
