Введение к работе
Актуальность рабом.. Создание мощных и эффективных газовых лазеров высокого давления в широком диапазона длен воли является одним из ваюшх в актуальных направлений развития квантовой йлектроялка. Интерес к газовій лазерам высокого давления определяется возмоккосгьо достнкения большой концентрации активных частиц и, следовательно, большой удельной мощности получения при высокой однородности активной среды, а такке существованием методов накачки, псзволяшта осуществлять одноролюо ьозбувдеипе больших объемов сжатых газов и долучить генерацию в инфракрасной, видимой в ультрафиолетовой области спектра.
В последние года широкое развитие получшш эксшарныа лазеры вакуумной ультрафиолетовой, ультрафиолетовой и видимой области опектра, активной средой которых слуяат чистые благородные газы и их сдаса с разлячшаш молекулярными газами пра высоких давлениях. Разнообразные применения таких лазеров обусловлены широким снэхгром генерируемых дайн волн (130+600 нм), аысоюш Щ, высокой шщностьп о направленностью излучения, возыоаностыз осуществления в силу характера потенциальных кривых эксимаршх молекул плавной перестройки ддшн волны излучения и генерации ультракоротких импульсов. Потребность в зксимерпых лазерах определяется возможностью их использования для разделения изотопов, лазерной обработки материалов, зондирования атмосферы, локацав, связи, для управляемого термоядерного синтеза, в оптике, хдшш и других облаотях науки и техники.
Высокая эффективность излучения благородных газов и ах смасой с молекулярными при возбуждении электронами делает перспективный использование этого излучения для селективной накачка фотодвссощюншх лазеров, в промышленной фотохимии, для
стериализании семян перед посевом, для очистім водных а промышленных виСросоз предприятий, в іаи к ро электронно В технологии, как искусственное соліще в парниках, для распознованзл предметов ночью и т.п.
Создание и уопешное развитие мощных лазеров коротковолнового диапазона дллн волн было невозможно без проведеная целого комплекса пкспераментальнцх работ по исследование кинетических процессов, происходящих пра электронном возбуждении инертных газов а ах смесей с шлекулярными газами, измерению констант скоростей различных алементарннх процессов, выяснонао иеханязков образования инверсной заселенности, поиску нових активных сред а мегодов накачки. Кроме того, в салу многообразия процессов, происходящих пра электронной накачве, в специфики образующихся пра этой возбужденных эксимерных молекул, болыюй интерес представляло исследование алпяная температура а давления газа на кинетику реакций, приводящих к образовании и туввшш возбужденных молекул и, следовательно, на выходные характеристики конкретных лазеров.
Цель работы. Цельо диссертационной работы являлось исследование s широкой интервале давленая я температур газовых оред гагаетакв образования а разрушения эксицеряых іюлокул, поиск новых актввага сред а катодов возбуждения пра аяектдонной накачке сжатых газов, главным образом, с целы) выяснения возможности их использования а качестве активних сред лазеров высокого давло-нип коротковолнового диапазона длин волн.
Научная яоваэна я практическая значимость работы, I. Предложена и впервые экспериментально реализована воэ-мотаость использования сжатых инертных газов в качестве высоко-
аффективного аккумулятора энергии возбуждения активных сред ыогщшх лазеров в ультрафиолетовой области спектра на смесях благородных и молекулярных газов.
-
Впервые в широком интервале температур исследована кинетика образования возбужденных молекул ксенона и тушения возбуждения при накачка электронным пучком.
-
Впервые в СССР получена генерация в ВУФ области спектра (Л =» 172 им) при возбувдешш электронным пучком сжатого ксенона а смеси /- /2е при КПД ~6% а удельном энергосъемо
20 мДя/см3.
-
Впервые и цезависимо от работ, выполненных в США, получена генерация в блинней ультрафиолетовой области спектра прп накачке электронным пучком смеси /ir//\fz , проведено исследование кинетики процессов, протекающих в активной среде лазера на смеси Лґ/fSt^ в зависимости от давления и парциального состава в интервале температур от 150К до 450К и предложен механизм образования инверсна.
-
Продлояены наиболее вероятные процессы образования возбуадвнных атомов кислорода в состоянии SB при возбуждениа электронным пучком смеси Xo/Og и впервые исследовано влияние температуры активной среды лазера на молекулах ХеО* , излучащих в зеленой области спектра,на величину инверсной заселенности.
-
Обнаружен новый класс эксимеров, состоящих из одного галоидного и двух инертных атомов, и показано, что процессы образования тройных эксимеров в значительной степени определяют шходные характеристики лазеров на галоидах инертных газов.
-
Впервые для получения генерации в ближней УФ и видимой области спектра предложено использовать широкополосное излучение (дЛ *= 50-100 нм), наоладавдееся при возбувдешш смесей flrffp
(290 nit), (lrjKr/f0 (420 їм) u Kr/Xe/f2 (480 гол).
-
Обнаружена сильная температурная зависимость интенсивности излучешш экснмероз ИиГ и ИгвГ .
-
Обнаружено, что отношение дрей|хэвой скорооги к константо скорости прилипания электронов к галогоносодоргещам молеку-лам зависит от их концентрации» Изменение концентрации галоге-носодераащих молекул приводи к изменения функции распределения электронов по энергиям и, соответственно, отношения дрейфовой скорости к константе скорости прилипания электронов в электро-ионизационном разряде
-
Вперше получена энергия генерации равная 20,5 Да в здектропоннзационном J(eCt лазере.
-
Предлокеші и впарзшэ экспериментально осуществлены два нових способа накачки активных сред эисик-ернше лагеров: катод возбуждения с накоплением отрацателышх ионов и возбуждение бистрим разрядом со стабилизацией злектроннач пучком малой плотности тока (внешним ионизатором палой мощности). Предлокашшз способы накачка позволяют в частотно-импульсном ре гаме осуществлять однородное возбуждение сжатцх газов при незначительной
(на несколько порядков мэньией, чем в случае электроиоипзацпон-ного метода накачки) тепловой нагрузка на фольгуt разделящуо вакуумішй объем электронной пупки и обьеи лазерной камеры, а высоком энэргосъемо. Для ХеСІ -лазера впервые достигнут удельный зиаргооъам 10 Дк/л.
Экспериментальные результат, полученные в диссертации, нмзэг практическое значение при проектировании и оптимизации морршх газових лазеров високого давления ультрафиолетового и вадм.юго диапазона длин волн различного делового назначения.
Основные полоеєния. представляемые к змініте.
-
Ciarue инертные гази и их смеси с молекулярными газали с электронной накачкой являются высокоэффективными источниками спонтанного и лазерного излучения в ультрафиолетовой области спектра.
-
Температура активной среды газовых лазеров высокого давленая ва электронных переходах молекул существенно влияет аа процессы образования и тушения эксммерных молекул ( Ле2* . КеО*> Krf ,flrl(rf , KrzF ), процессы передачи возбуждения в смесях инертных газов с молекулярными газами ( flr // ) и, следовательно, выходные характеристики конкретных лазеров.
-
Одгамальные давленая, парциальный состав и температура активной среда лазера на смеси Дг/А/ определяются конкуренцией процесса передача энергия от аргона к азоту и процессов образования эксамеров аргона, а такке изменением ширины линии лазерного перехода.
-
Образование эшшоров, состоящих из одного галоидного в двух инертных атомов ( flr2F\ flrfirF", KreF , КегС ), впервые обнаруженных в настоящей работе, существенно влияет на процесс тушеная верхнего лазерного уровня и выходные характеристики лазеров на двухатомных галоидах инертных газов.
-
Температурная зависимость интенсивности излучения эксиморов KrF * и ftrzF* при возбуждении электронным пучком смеси Йг jKr/Fs связана с перераспределением вкладываемой энергии мааду эксимерама KrF a ArKtF . Энергия излучения в КІД лазера на эксимеро Кг F существенно возрастав?-при увеличении температуры смеси Ar/Kr {Fk (I000/I0/I) до 410Е.
-
Элзкгроионизационный метод возбуждения дозволяет получать высокие энергии генерации ( %. 20 Дх) на электронных
пароходах окешзроп. ХгСС.
7. Метод газбундзняя с накоплзпиеи отрзцатадышх ионов и лозбужценлз разрядом со стабилизацией электронным пучком малой плотности юіса позволяет получать генерация па электронных переходах «олекул с высоким онэргосгомом прл незначительной (па насколько порядков мзішшй, чем в случае злектроионизэцпон-ного мзгода пзкачка) тепловой нагрузке на фольгу, раэделягзщуа вакуушгаЗ обхем электронной пушка я лазерной катары,
МКі22М-І3223ііі Основина результаты диссертации доюшди-ваяясь па її Всесоюзной копференцза по спектроскопии вакуумного ультрафзодета в взазшдэйствяэ излучения с взщзегвом (Ужгород, 1975г.), на УШ, IX Всесоюзных конференциях по когерентной и нета-нейкоЯ оптика (Тбилиси, 1976г., Ленинград, IS73r.), на П Еззсоззноц г.ОЕ$орзїїігап по фязичаскаи процоссам б газових ОКГ (Ужгород, 1978г.), Сессия научною Совета АН СССР по проблема "Когерентная я нолішзіпіая оптика" (Тбилиси, 1985г,), на могдупа-родшга конференциях Zr«e2r-8I (СЩ, Новый Орлеан, 198.1г.) и Idles -82 (їуїшяяя, Бухарест, 1982г.), семинарах ФИАЯ.
Буйчпкапзя. результатов і диосвртящя.
Материалы диссертационной работы опубликованы в 32 гтатаях.
Объема структура, ддесэртацза. Диссертация состоит лз взв-лекияг, четырех г*ав, заключения и прплоаеіия. Общий объем дао-сэртацаа составляет ""З стр. машинописного текста, в том числе 115 рисунков и 10 таблиц я список литература с 3G7 нааменова-няякз.
